WSZECH ŚWIAT

WSZECH ŚW IAT

u u j R O

o

TOM 86 NR 3 MARZEC 1985

Zalecono do bibliotek nauczycielskich i licealnych pism em M inistra Oświaty n r IV/Oc-2734/47

W ydano z pomocą finansow ą Polskiej A kadem ii Nauk

T R E S C ZESZY TU 3 (2255)

J. R a y s k i , Je d e n a sto w y m ia ro w y w s z e c h ś w i a t ...49 Z. S. H e r m a n , F a rm ak o lo g ia — n a u k a o ty m , ja k lek i d ziała ją i dlaczego 53 J . V e t u l a n i , F arm a k o lo g ia — n a u k a o ty m , ja k o rg an iz m re a g u je n a su b ­

s ta n c je chem iczne i d l a c z e g o ... 56 S. B a r a ń s k i , P o m nikow e okazy m o d rzew ia polskiego L a r ix polonica Rac.

w la sa c h K i e l e c c z y z n y ...57 A. L e ń k o w a, P lio ceń sk ie c m en ta rz y sk o nosorożców w A m ery ce . . . . 60 P. B a j k o , N asze film y o r n ito lo g i c z n e ... 63 N agrody N obla

B. M a z u r - K o l e c k a , N obel dla im m u n o lo g ó w ...65 D robiazgi p rzyrodnicze

IRA S — pod su m o w an ie w y n ik ó w (J. L a t i n i ) ... 68 W szechśw iat p rze d 100 l a t y ...69

R ozm aitości 70

R ecenzje

S ło w n ik g eo g ra fic zn o -k ra jo z n aw cz y P o lsk i (M. Z. S z c z e p k a ) ...70 Ś w ia t roślin, sk a ł i m in e ra łó w (P. S z o t k o w s k i ) ... 71 B. i L. J e s i o n k o w s c y : D olina O rlich G niazd (J.S. D ąbrow ski) . . . 7 1 0 . W a g e n b r e c h t , W. S t e i n e r : G eologische S tre ifziig e (S. B ednarz) . 72 M. T a v a s s o 1 i, J. M. Y o f f e y: B one M arro w : S tru c tu r e a n d F u n ctio n (Z. D ąbro w sk i) ...72

S p i s p l a n s z

1. M EW A SR EB R ZY STA L a ru s a rg en ta tu s. F ot. W. P u c h a lsk i II. BĄ C ZEK SA M IEC. F ot. W. P u c h a lsk i

U la . B E R N IK L A B IA Ł O L IC A B ra n ta leucopisis. F ot. W. P u c h a lsk i I llb . K O RM O RA N CZARN Y P hala cro co ra x carbo (L.). F ot. W. P u c h a lsk i IVa. JA SZ C Z U R K A PER ŁO W A . F ot. W. S tro jn y

IVb. J A J A KRO K OD Y LA . F ot. W. S tro jn y

O k ł a d k a : REZERW A T „CZERW ONE B A G N O ” (m arzec). F ot. D. K arp

P I S M O P R Z Y R O D N I C Z E

ORGAN POLSKIEGO TOWARZYSTWA PRZYRODNIKÓW IM. KOPERNIKA

i'TOM 86 ZESZYT 3

(RO K 104) M ARZEC 1985 (2255)

JER ZY RA Y SK I (K raków )

JED EN A ST O W Y M IA R O W Y W SZECHŚW IAT

W dawniejszej fizyce, a także filozofii istniał lub przynajmniej w ydaw ał się usprawiedli­

w iony wyraźny podział rzeczywistości na treść i formę lub substancję i formę. Przestrzeń, a także czas, uważane były za atrybuty formy.

Miały one określone form alne cechy, które w przypadku zw ykłej 3-wym iarowej prze­

strzeni już dawno opisał Euklides w sw ej geo­

metrii. Ta przestrzeń wydawała się czymś ab­

solutnym i w tej apriorycznej, euklidesowej przestrzeni mieszczą się i poruszają ciała ma­

terialne, stanowiące istotną treść czyli sub­

stancję świata. W ydawało się, iż nie ulega wątpliwości, że ciała materialne usadowione w tej przestrzeni nie mają żadnego w pływ u na geometrię, która jest i koniecznie musi po­

zostać euklidesowa. Wprawdzie już w X IX stuleciu Łobaczewski w ym yślił logicznie nie- sprzeczną teorię nazwaną później geometrią pseudo-euklidesową, lecz uważano ją za rodzaj m yślowej igraszki, nie mającej nic wspólnego z rzeczywistością. Tymi głęboko zakorzenio­

nym i pojęciami wstrząsnął w pierwszych la­

tach X X stulecia Einstein wykazując w swej teorii względności, iż nie tylko czas i prze­

strzeń stapiają się w jedną czterowymiarową przestrzeń pseudo-euklidesową, lecz w dodatku obecność materii wprowadza w swoim otocze­

niu deformację czasoprzestrzeni tak, iż prze­

staje być ona pseudo-euklidesową płaską, a sta­

je się czasoprzestrzenią zakrzywioną (wzglę­

dem jakichś dalszych wymiarów). To zakrzy­

w ienie oznacza, iż ciała nie mogą się poruszać po liniach prostych, lecz „spadają” wzajemnie

Eg*, ob.

na siebie lub krążą względem siebie. Tenden­

cja do spadania objawia się nam jako siła gra­

witacji.

W ten sposób okazało się po raz pierwszy, iż pojęcia czasoprzestrzeni i substancji m ate­

rialnej, a inaczej mówiąc pojęcia formy i tre­

ści, nie są całkowicie rozłączone, gdyż treść (substancja) ma w pływ na formę (czasoprze­

strzeń) i kształtuje ją w określony sposób. Po­

jęcie siły ciążenia, które należało przecież do fizyki, a nie geometrii, a więc mieściło się w kategoriach „treści”, nabrało w teorii względ­

ności geometrycznego charakteru i przeszło do kategorii „form y”.

W takim stanie rzeczy fizycy w początkach lat dw udziestych naszego stulecia zaczęli sta­

wiać sobie pytanie, czy i inne siły w ystępu­

jące w przyrodzie nie mogą mieć również ja­

kiegoś geometrycznego charakteru. W owych czasach oprócz grawitacji znane były tylko siły elektromagnetyczne, uważane za fundam ental­

ne w przyrodzie (wszystkie inne siły, jak np.

siły spójności, tarcia itp. uznano jako siły wtórnego, a w ięc nie elem entarnego charakte­

ru). Powstała więc idea połączenia teorii gra­

witacji i elektrodynamiki w jeden schemat, w jakąś jednolitą teorię, w której siły elektro­

m agnetyczne m iałyby naturę podobną do gra­

witacyjnych. Ukazało się bardzo w iele prób stworzenia teorii jednolitej (grawitacyjno-ele- ktromagnetycznej), lecz po latach okazało się, że szczególnie interesująca i rokująca nadzieję na przyszłość była próba Teodora Kaluzy, pro­

fesora w Królewcu, z pochodzenia Polaka ze

50 W sz e c h ś w ia t, to m 86, n r 311985

Śląska Opolskiego (Kałuża). Opracował on w 1921 r. teorię świata pięciow ym ia- rowego, w którym siły elektrom agnetyczne dały sdę interpretować jako zakrzywienie prze­

strzeni na pograniczu zw ykłych w ym iarów i w ym iaru piątego.

W teorii K aluzy nie ma więc osobnych kon­

cepcji sił grawitacji i elektrycznych czy mag­

netycznych, lecz jest tylko jeden rodzaj od­

działywań, m ianow icie grawitacyjnych, lecz objawiających się za pośrednictwem zakrzy­

wionej pięciowym iarow ej czasoprzestrzeni. Te­

oria K aluzy nie zadowalała jednak w spółcze­

snych mu fizyków . G łównym powodem ich niew iary był dość oczyw isty fakt, iż — w prze­

ciw ieństw ie do trzech zw ykłych wym iarów i czasu, które są nam bezpośrednio dostępne w doświadczeniu życia codziennego — piątego w ym iaru nie dostrzegam y wcale. M ożliwe w y ­ jaśnienie tej różnicy podał w 1926 r. szwedzki fizyk Oskar K lein zakładając, iż piąty wym iar jest zrolowany i ciasno zam knięty w sobie.

W ten sposób to, co objawia się nam jako je­

den punkt w 4-w ym iarow ym świecie, jest w rzeczywistości m aleńkim kółkiem w piątym wym iarze, tak imałym, że iżaden z w spółcze­

snych przyrządów pom iarowych nie ma do­

statecznej zdolności rozdzielczej, by odróżnić takie m ałe kółko od punktu. Zbiór w szystkich kółek stanow i jakby „rurkę” o niesłychanie m ałym przekroju. Gdyby zamiast czterech istniał tylko jeden zw ykły wym iar, to taka rurka objawiałaby się nam w codziennym do­

świadczeniu nie jako cienka rurka (o pow ierz­

chni dw uwym iarow ej), lecz jako nieskończenie cienka nitka jednowym iarowa.

Z czasem okazało się, iż oprócz oddziaływań graw itacyjnych i elektrom agnetycznych ważną rolę odgrywają w fizyce jeszcze inne rodzaje sił fundam entalnych zwane siłam i jądrowymi.

N iełatw o było je w yk ryć ze w zględu ma ich bardzo krótki zasięg. Poznane zostały dwa ro­

dzaje tych sił: słabe i silne. Jednym z pierw ­ szych jeśli nie pierw szym , który w ysunął hi­

potezę, że także i te siły jądrowe mogą mieć charakter geom etryczny w w ięcej niż pięcio- wym iarow ym św iecie, b ył autor niniejszego artykułu. W 1965 r. opublikowałem w Acta Physica Polonica kilka prac naukowych, w któ­

rych w ysuw ałem argum enty na rzecz poglądu, iż słabe i silne oddziaływania jądrowe mają charakter analogiczny do elektrycznych i gra­

w itacyjnych i po prostu stanowią grawitację, lecz w w ięcej niż pięciow ym iarow ym świecie, przy czym w szystkie dalsze w ym iary m usia­

łyby być zrolowane i ciasno zamknięte. Jed­

nakże w 1965 r. czas jeszcze nie dojrzał i nie można było rozwinąć tej teorii w szczegółach, zbyt mała była bowiem znajomość sił jądrowych, ich źródeł i ich nośników. W szczególności też nie można było przewidzieć, ile dodatkowych w ym iarów okaże się niezbędne i jaką topologię mają te dodatkowe w ym iary, by opisywać ści­

śle ilościowo w szelkie przejaw y sił jądrowych.

Wspomniany artykuł kończyłem słow am i, iż przyszłe, pełniejsze dane doświadczalne odno­

śnie do sym etrii, jakim i charakteryzują się siły

jądrowe, pow inny pozwolić określić liczbę w y ­ miarów jak i topologiczny charakter owej zam kniętej podprzestrzeni naszego w ielow y­

miarowego świata. W m niej w ięcej tym sa­

m ym czasie podobne idee ogłosił amerykański fizyk B. de Witt, ale ponad dziesięć lat mu­

siało jeszcze upłynąć, nim pojaw iły się następ­

ne prace naukowe na ten sam temat.

Tym czasem inni fizycy teoretyczni, a wśród nich przede w szystkim Pakistańczyk Abdus Salam i Am erykanie Steven Weinberg i Shel- don G lashow starali się skonstruować teorię unifikacyjną z nieco innego punktu wyjścia.

Zauważając pewne analogie m iędzy oddziały­

waniam i słabym i i elektromagnetycznymi, a pomijając zupełnie grawitację, stw orzyli oni nową teorię nazwaną teorią sił elektro-słabych, w której w ystępują oprócz pola elektromagne­

tycznego trzy dalsze pola o podobnych własno­

ściach (wszystkie cztery są polami wektoro­

w ym i niosącym i spin jednostkowy). Ponieważ w teoriach kw antow ych z każdym polem sko­

jarzone są pew ne cząstki (kwanty), np. z po­

lem elektrom agnetycznym skojarzone są foto­

ny, będące cząstkami o spinie 1 (w jednostkach stałej Plancka dzielonej przez 2 n), więc wspo­

m niani autorzy przew idzieli istnienie trzech dalszych rodzajów cząstek o spinie 1, które nazwali bozonami W+, W~, oraz Z°. Dwie pierw sze z nich są naładowane elektrycznie dodatnio i ujem nie, trzecia zaś jest neutralna.

Cząstki te mają pośredniczyć w oddziaływa­

niach jądrowych, tzn. być nośnikami słabych sił jądrowych. Ich teoria była tak przekony­

wająca i tak dobrze zgadzała sdę z doświad­

czeniem, że przyznano im nagrodę Nobla i to naw et jeszcze przed doświadczalnym odkry­

ciem przew idyw anych przez nich cząstek W+, W~ i Z°. Warto dodać, że naw et m asy tych cząstek zostały przewidziane poprawnie.

W krótce potem stworzono teorię analogiczną do elektrodynam iki, w której silne oddziały­

wania jądrowe są także wytłum aczone za po­

mocą dalszych ośmiu pól pośredniczących, ana­

logicznych do pola elektromagnetycznego. Teo­

rię tę nazwano chromodynamiką a hipotetycz­

ne cząstki skojarzone z tym i polami nazwano gluonam i. Dotychczas gluonów nie odkryto.

W krótce potem pojaw iły się liczne próby połączenia chromodynamiki z teorią sił ele­

ktro-słabych. W takiej teorii m usi występować co najmniej dwanaście pól wektorowych niosą­

cych spin 1, bardzo podobnych do pola ele­

ktrom agnetycznego. Połączenie oddziaływań elektro-słabych z silnym i wskazuje na istnie­

nie w yższych sym etrii, które jednak w ystępują w praktyce jako sym etrie „złamane” tzn. nie­

zupełnie ścisłe. Gdyby nie było tego złamania, to oddziaływania silne niczym nie różniłyby się od elektrom agnetycznych i słabych. Przy­

czyny takich złamań sym etrii to znów odręb­

na sprawa, której w yjaśnienie przekracza ramy

tego artykułu. Istnieją liczne w ersje takich

teorii unifikujących oddziaływania silne i ele-

ktrosłabe, w zależności od tego jaką sym etrię

założym y. W szystkie one uzyskały jednak

wspólną, dość pretensjonalną nazwę GUT, co

W sz e c h św ia t, to m 86, n r 311985

51

stanowi skrót od Grand Unijied Theory, czyli po polsku „wielka teoria zunifikowana”. Trud­

no jest jednak uważać ją za „wielką”, gdyż pomija ona całkowicie najpowszechniej w ystę­

pujące w przyrodzie oddziaływania grawita­

cyjne.

I oto wówczas nadeszła pora na przypomnie­

nie sobie teorii K aluzy i Kleina. Autorzy, któ­

rzy podjęli te badania, nie znali jednak lub pominęli m ilczeniem dawniejsze i prekursor­

skie prace, jakie pojaw iły się przeszło dziesięć lat wcześniej, i o których wspom nieliśm y po­

wyżej. Te now e teorie starają się wytłum aczyć wszystkie cztery typ y oddziaływań: grawita­

cyjne, elektrom agnetyczne, jądrowe słabe ii jądrowe silne jako przejaw jednego jedynego oddziaływania grawitacyjnego, tyle tylko, że w wielow ym iarow ym św iecie, w którym cztery wym iary są otwarte, a reszta ciasno zamknię­

ta. Tak więc wszystkie typy oddziaływań w y ­ stępujących w przyrodzie m iałyby ten sam charakter geom etryczny, gdyż wyrażają się za pomocą pojęcia krzywizny pewnej w ielow y­

miarowej przestrzeni.

Widzimy więc, że coraz to w ięcej aspektów rzeczywistości fizycznej nabiera charakteru geometrycznego, czyli wyraża się raczej w ka­

tegoriach form y niż treści substancjalnej. Wi­

dać również, iż nastąpiło znaczne pomieszanie pojęć formy i treści, gdyż z jednej strony roz­

maite pola okazują się czystą formą (jako w y ­ raz krzywizny przestrzeni), a z drugiej strony przynajmniej niektóre z tych pól niosą masę i ładunek elektryczny, a więc stanowią mate­

rialne źródła i obiekty działania tych sił geo­

metrycznych.

W tym m iejscu można jednak zauważyć, iż pola dzielą się na wyraźnie różne dwie klasy:

pola bozonowe i ferm ionowe, przy czym bozo­

nami są skojarzone z odnośnymi polami cząst­

ki o spinach całkowitych (0, 1, 2), fermionami zaś cząstki o spinach połówkow ych (V2, 3/ 2). Na­

suw a się więc m ożliwość uznania bozonów za przejaw czystej form y, a ferm ionów za twory substancjalne (nieprzenikliwe, gdyż stosują się do zakazu Pauliego). Można by więc uznać, iż ferm iony reprezentują w sw ej istocie treść substancjalną, a tylko bozony są „czystą for­

m ą”. Jak się wkrótce przekonamy, taki podział jest też co najmniej w ątpliw y.

W ciągu kilku lat opracowano w iele róż­

nych wersji teorii typu K aluzy z różną liczbą wym iarów zamkniętych i różnymi topologiami podprzestrzeni zamkniętej, lecz nie bardzo wia­

domo, którą wersję należałoby wybrać. Współ­

czesne dane doświadczalne nie są wystarcza­

jące by wskazać, która w ersja jest zgodna z danymi doświadczalnymi. Możliwość ogra­

niczenia dowolności wyboru uzyskać jednak było można na drodze teoretycznej, za pomocą pewnej nowej idei nazywanej supersymetrią (w skrócie su-sy).

Czym jest su-sy? Spróbujemy wyjaśnić to za pomocą analogii. Podobnie jak za pomocą obrotów kartezjańskiego układu odniesienia można zmieniać wartości współrzędnych w ek­

tora i doprowadzić do tego by wektor, który

w początkowym układzie współrzędnych skie­

rowany był np. w kierunku osi x, w przekrę­

conym układzie wskazywał kierunek osi y lub z, tak też wolno nam wprowadzić do rozważań abstrakcyjną przestrzeń spinową, w niej wpro­

wadzić układ odniesienia z osiami ponumero­

wanym i wartościami spinu: oś 0, oś iU, oś 1 itd. i dokonywać obrotu takiego układu odnie­

sienia. Dzięki tym obrotom oś (pewna cecha) wskazująca na spin wartości s może zostać przetransformowana i wskazywać w innym kierunku, tzn. na inną wartość spinu, np.

s+V2 lub s— V2. Supersymetrią nazywam y taką sym etrię, gdy prawa natury nie ulegają zmia­

nie w transformacjach spinu s-^s^lz. Są po­

ważne poszlaki, iż przyroda ma taką sym etrię, choć może tylko w przybliżeniu. Lecz dwa spiny różniące się o Vz odpowiadają bozonom i fermionom, a więc te obroty wobec których prawa natury są (w przybliżeniu) sym etryczne oznaczają też transformacje bozonów w fer­

miony i odwrotnie. Su-sy polega więc na tym, iż bozony i ferm iony mogą być traktowane jak różne składowe jednego i tego samego

„wektora” i (przynajmniej formalnie) możemy przeobrażać ferm iony w bozony i vice versa za pomocą stosownych transformacji, analogicz­

nych do obrotów. Supersym etrie wiążą ze sobą przede wszystkim cząstki o sąsiednich warto­

ściach spinu, różniące się o '/a, a dopiero w dalszych etapach cząstki o bardziej odle­

głych od siebie wartościach spinu s± 1 lub s ±3U.

Idea su-sy polega więc na tym , iż przyroda ma, jak się wydaje, takie cechy sym etrii, że cząstki o spinach całkowitych i połówkowych pow inny występować na równych prawach, przynajmniej pod pew nym i względami. Jeśli tak jest, to gubi się ostatecznie możliwość od­

różniania od siebie, co jest czystą formą, a co treścią, czyli substancją i które pola oraz sko­

jarzone z nimi cząstki są w samej sw ej istocie substancjalnej, fizycznej i materialnej treści, a które są natury form alnej, takiej samej jak grawitacja.

W popularnym artykule jaki ukazał się osta­

tnio w N ew Scientist Paul Davies bardzo ob­

razowo opisał taki stan rzeczy: „Odwiecznym snem badaczy było, aby świat fizyczny dał się zredukować do czystej geometrii, żeby to, co widzim y jako ciała materialne i siły przyrody, okazało się niczym innym jak przemianami for­

my. Dziś wygląda na to, iż rzeczywiście ma­

teria to nic innego jak w ęzły i kapryśne m ean­

dry pustej czasoprzestrzeni. Taka idea jest atrakcyjna i ekonomiczna: konkretna substan- cjalność świata widzialnego daje się wyłuskać z czegoś takiego jakby z «figli nicości»”.

Najlepiej opracowanym działem teorii su- per-sym etrycznej jest supergrawitacja. Jest to uproszczona teoria, w której zakłada się ist­

nienie tylko dwóch pól: oprócz pola grawita­

cyjnego jeszcze tylko jedno pole ferm ionowe o spinie s/2. Pole grawitacyjne opisuje spin równy dwa, tak, iż mamy tu do czynienia z układem (2, */*). Wprawdzie cząstki elem en­

tarne o spinie 3h nie są jeszcze znane, lecz ich

wprowadzenie do teorii wraz z grawitacyjnym i

52

oddziaływaniami bardzo ulepsza samą teorię grawitacji.

Być może Czytelnik spotkał się już w ja­

kichś innych publikacjach z tym , iż kw antow e teorie pola mają bardzo w iele zalet, lecz mają też istotną wadę, m ianowicie trapione są przez poważne trudności m atem atyczne pod w zglę­

dem zb ieżn ości1. W iele wyrażeń obliczonych w ramach tych teorii jest pozbawionych sensu, gdyż okazują się rozbieżne, nieskończone.

Wprawdzie za pomocą genialnej m etody tzw.

renormalizacji i regularyzacji udaje się w w ielu przypadkach usunąć owe rozbieżności, lecz nie w przypadku teorii grawitacji. Ta ostatnia w sw ych wersjach kw antow ych nie poddaje się procedurze renormalizacji (Schwingera, Feym a- na, Dysona i in.) i m ówim y o niej, że jest to teoria nierenorm alizowana. Okazało się jed­

nak, iż w przypadku układu supersym e- trycznego, złożonego z pola grawitacyjnego ii pola ferm ionowego o spinie ’/2) nieskończo­

ności w większości wypadków kasują się na­

wzajem w sposób w yglądający na wprost cu­

downy! U zyskujem y w ten sposób teorię, jeśli nie pozbawioną w ogóle nieskończoności, to przynajmniej pozbawioną najgroźniejszych z nich. K wantowa teoria super-graw itacji jest w ięc dużo bardziej zadowalająca niż zwykła bez dodatku „super”.

Jak pow iedzieliśm y, nie są jeszcze znane pola i cząstki o spinie lecz za to znamy liczne rodzaje cząstek o spinach niższych 1, V*, 0. Jak w ięc pogodzić ideę supergrawitacji ze znanym i faktam i eksperym entalnym i? Roz­

wiązanie tej zagadki wydaje się m ożliwe, jeśli dokonamy fuzji dwóch idei: idei su -sy z ideą w ielow ym iarow ego świata. Nietrudno pokazać, iż to, co w w ielow ym iarow ej przestrzeni obja­

wia się jako pole czystego spinu to z pun­

ktu widzenia obserwatora w zw ykłym św iecie (4-wym iarowym ) objawia się jako układ m ie­

szany, w iększej liczby pól o spinach 3A> i ‘/a.

Podobnie też pole czystego spinu 2 w św iecie w ielow ym iarow ym ulega reinterpretacji z pun­

ktu widzenia św iata czterowym iarowego na układ pól o spinach 2, 1 i 0. Tak więc w y stę­

puje tu coś tak jakby „rozmnażanie jakości”, gdy dokonujem y przejścia z punktu widzenia w ielow ym iarow ego na czterowym iarowy, czyli gdy dokonujem y tzw . redukcji wym iarowej.

N ajdziwniejsze jest przy tym jednak to, iż supergrawitacja w 11 wym iarach, a w ięc teo­

ria, w której w ystępuje tylko jedno pole fer- mionowe (o spinie objawia się lub daje się przeinterpretować z punktu widzenia zw ykłe­

go świata 4-w ym iarow ego jako najbogatszy z m ożliwych supersym etrycznych układów pól i cząstek o spinach 2, 34, 1, V*, 0. (Układ taki oznaczany jest w m atem atyce jako przypadek N — 8). Zawiera on 1 pole grawitacyjne, 8 pól spinu *U, 28 pól wektorowych, 56 pól spinu 1h, oraz 70 pól skalarnych, spinu 0. Każdy inny

1 C h o d z i t u o ro z b ie ż n o ś ć c a łe k . C a łk i s ą g r a n ic a m i p e w ­ n y c h c ią g ó w (ciąg su m p a r c ja ln y c h ) . J e ś li ta k i c ią g n ie j e s t z b ie ż n y d o o k re ś lo n e j g r a n ic y lu b n p . g d y d ą ż y d o n ie ­ s k o ń c z o n o śc i, to c a łk a n ie m a o k r e ś lo n e j w a r to ś c i lu b s ta je s ię n ie s k o ń c z o n a . M ó w im y w te d y , iż j e s t o n a ro z b ie ż n a .

m ultiplet (czyli supersym etryczny układ pól) zawierający większą liczbę rodzajów cząstek lub spiny w iększe niż 2 okazuje się niem ożli­

w y, w ew nętrznie sprzeczny. Także niemożliwe jest pogodzenie idei su -sy z liczbą wym iarów większą niż 11. Parafrazując więc słynne po­

w iedzenie Woltera o „najlepszym z m ożliwych św iatów ” m ożem y powiedzieć, iż św iat 11-wy- m iarow y jest pod każdym względem najbogat­

szy z m ożliw ych światów.

Podczas gdy wśród ekspertów zapanowała już prawie jednom yślna zgoda co do tego, iż nasz św iat jest 11-wym iarowy, nie ma nadal jednom yślności co do tego, jaki kształt i jaką topologię może m ieć owa ciasno zamknięta w sobie 7-wym iarowa podprzestrzeń naszego 11-wym iarowego świata. Większość ekspertów w ierzy, iż tylko jedna z dwóch m ożliwości wchodzi w rachubę: albo jest ona 7-kulą (tzn.

kulą uogólnioną na w iele wym iarów, tak by jej powierzchnia była tzw. hyperpowierzchnią 7-wym iarową), albo też jest to powierzchnia toroidalna również 7-wymiarowa. Toroidalny kształt w zw ykłej przestrzeni ma np. obrączka lub napompowana dętka rowerowa. Tylko ta­

kie dw ie m ożliwości są w pełni zgodne z w y ­ mogami su -sy. Jednakże wiadomo również, że supersym etria praw przyrody nie jest i być nie m oże zupełna, lecz m usi być w jakiejś m ierze złamana. Dlatego też niektórzy (np.

M ichael Duff) przyjmują, iż jest to 7-kula zdeformowana, czyli tak jakby z lekka zgnie­

ciona piłka. Autor niniejszego artykułu repre­

zentuje jednak pogląd, iż deformacja ta musi być bardziej radykalna, że nawet musi zm ie­

niać topologię do tego stopnia, iż pierwotna kula rozpada się na tzw. iloczyn prosty dwóch kul 2, w tym jednej pięciowym iarowej, a dru­

giej dw uwym iarow ej. (Łączna liczba w ym ia­

rów pozostaje ta sama). Takie założenie w bar­

dzo istotny sposób nadwyręża supersymetrię, lecz w ydaje się nieodzowne, by zdać popraw­

nie sprawę z w szystkich prawidłowości (jak też i anomalii) jakie obserwujem y badając prawa natury oraz w szelkie rodzaje cząstek i ich oddziaływań spotykanych w przyrodzie.

Spór o w łaściw y kształt owej zamkniętej w sobie siedm iowym iarowej podprzestrzeni na­

szego wszechświata może w przyszłości okazać się m ało istotny, gdyż nie jest wykluczone, a m oże naw et jest wiarygodne, iż zrealizowa­

na m ogłaby być w ięcej niż jedna z m ożliwo­

ści. W każdym razie prawa fizyki byłyby zu­

pełnie odmienne, to prawda; inne byłyby ro­

dzaje cząstek występujących w doświadczeniu i inne ich oddziaływania. Znajdowałoby to jed­

nak w ytłum aczenie za pomocą pojęcia faz. Naj­

lepiej znanym przykładem w ystępowania róż-

* P o d o b n ie j a k to r u s (n p . d ę tk a ro w e ro w a ) m o ż e b y ć u w a ż a n y z a o k r ę g z ło ż o n y z o k rę g ó w (b ę d ą c y c h p r z e k r o ­ ja m i d ę tk i p r o s to p a d ły m i d o p ła s z c z y z n y ró w n o le g łe j do s a m e j d ę tk i) t a k te ż ilo c z y n p r o s t y k u l j e s t k u lą , k tó re j p o w ie r z c h n ia n ie s k ła d a się z p u n k tó w lecz z k u l. T e k u le s ą j a k p a c io r k i n a n iz a n e n a p ie rw s z e j z n ic h , lecz tr z e b a p a m ię ta ć , iż s ą ro z c ią g łe w in n y c h w y m ia ra c h , p r o s to p a ­ d ły c h d o ty c h w y m ia ró w , w k tó r y c h le ż y p ie rw s z a k u la (ta n a k tó r e j t a m t e s ą n a n iz a n e ) . Ilo c z y n p r o s ty k u l je s t w ię c j a k b y k u lą k u l.

W sz e c h św ia t, to m 86, n r 311985

nych faz jest zwykła woda, występująca cza­

sami w postaci ciekłej, czasem w gazowej jako para wodna, a czasem w stałej jako lód. W każ­

dym z tych przypadków treść jest ta sama (H20 ) lecz forma jak odmienna! Podobnie może być i w rozważanym przez nas problemie: raz mogłaby to być 7-kula (symbol S7), raz 7-torus (symbol T7), a kiedy indziej iloczyn prosty kul (symbol S5X S 2)8.

Powyższe rozważania prowadzą prostą drogą do zagadnień kosmologicznych. Każda faza sta­

nowi pewien stan równowagi, jaki może usta­

lić się w określonych warunkach. Należy więc szukać różnych szczególnych rozwiązań rów­

nań supergrawitacji w 11-wym iarowym w szech- świecie, by przekonać się, czy światy, w któ­

rych cztery w ym iary są otwarte, a pozostałe siedem ciasno zamknięte w sobie wyróżniają się większą stabilnością niż jakiekolwiek inne.

Czy powyżej opisane fazy mogą współistnieć w różnych obszarach w szechśw iata równocze­

śnie? A może wszechświat jest w sw ej istocie niestabilny i przechodzić może z jednej fazy do innej?

O niestabilności wszechświata świadczy od dawna dostrzeżona ucieczka m gławic. Ekstra- polując losy świata wstecz w czasie dochodzi się do wniosku, iż 10— 20 miliardów lat temu nastąpiła wielka eksplozja (Big Bang) i od tej pory wszechświat gw ałtow nie się rozszerza.

Aby uniknąć nieporozumień: nie chodzi tu by­

najmniej o zwykłe rozbieganie się m gławic w już istniejącej (przygotowanej) nieskończo­

nej przestrzeni euklidesowej, lecz o wzrost samej przestrzeni, która na początku była kar­

łowata i ciasno zamknięta w sobie (podobnie jak skończona jest powierzchnia kuli).

Możliwe, że startując z pewnego stanu po­

czątkowego, w którym wszystkie 11 w ym ia­

rów występow ało na mniej lub w ięcej rów­

nych prawach cztery spośród nich zaczęły się powiększać i w tych kierunkach świat stawał się coraz to bardziej otwarty, podczas gdy po­

zostałe wym iary ulegały gwałtownem u kurcze­

niu, by w końcu ściągnąć się prawie do pun­

ktu.

Jednak równania supergrawitacji są niew y­

obrażalnie trudne do rozwiązywania, tak, że nie wiem y, która z powyżej wspomnianych możliwości ewolucji mogła faktycznie zostać zrealizowana. Nie wiadomo także, jakie nale­

żałoby założyć warunki początkowe dla tych równań. Coś na ten temat zdaje się wiedzieć tylko jeden jedyny człowiek na kuli ziemskiej:

Stephen Hawking, którego poglądy przedsta­

w im y w jednym z następnych numerów Wszechświata.

P ro f . d r h a b . J e r z y R a y sk i j e s t k ie ro w n ik ie m Z a k ła d u T e o rii P o la I n s ty tu tu F iz y k i U J.

ZBIG N IEW STA N ISŁA W H ERM A N (Zabrze)

FA R M A K O L O G IA — N A U K A O T Y M JAK LEKI D ZIA ŁA JĄ I D LAC ZEG O ?

F arm ak o lo g ia je st n a u k ą o lekach. Je j naz w a po­

chodzi z języka greckiego (fa rm a ko n = lek, logos — nauka). C elem farm akologii je s t poszukiw anie odpo­

w iedzi n a p y ta n ie, ja k le k i d z ia ła ją u zw ierząt i czło­

w iek a i dlaczego d zia ła ją , tizn. ja k ie w y w o łu ją efek­

t y n a poszczególne tk a n k i i n a rz ą d y o rg an izm u ży­

w ego, oraz ja k i je s t m ech an izm tego działania. Ze­

spół n au k za jm u ją c y c h się p o sz u k iw an ie m w szy st­

k ic h in fo rm a c ji o le k ac h n az y w a się fa rm a c ją . W je j sk ła d w chodzą m . i.n.: n a u k a o budow ie che­

m icznej i syntezie leków (chem ia farm aceu ty czn a), n a u k a o su ro w cach ro ślin n y c h i zw ierzęcych, w k tó ­ ry ch z n a jd u ją się le k i (farm akognozja), n a u k a o w y­

tw a rz a n iu leków (fa rm acja stosow ana), n a u k a o d zia­

ła n iu szkodliw ym leków (toksykologia leków) i f a r ­ m akologia. T a o sta tn ia w efe k cie sw ych poszukiw ań d o sta rc za coraz to now ych leków stosow anych w m e­

dycynie. J e s t w ięc dziedziną n ale ż ą c ą zarów no do k rę g u n a u k farm ac eu ty czn y c h ja k też n au k le k a r­

skich. B adacza zajm u jąc eg o się farm ak o lo g ią n az y ­ w am y farm akologiem . W ielu n ie odróżnia fa rm a k o ­ loga od farm ac eu ty , z a jm u ją c e g o się w y tw arzan iem i w y d aw an iem chorem u leków , nag częściej n a pod­

staw ie d o k u m e n tu le k arsk o -p ra w n e g o zw anego r e ­

* W s y m b o la c h ty c h w y z n a c z n ik o z n a c z a w y m la ro w o ść k u li (S) lu b t o r u s a (T ).

ceptą, lub bez re c e p ty w p rzy p a d k u leków o sła b y m d z ia ła n iu i zarazem m ało szkodliw ych. F a rm ak o lo ­ gam i są farm aceu ci, biolodzy, biochem icy, a obecnie co raz częściej lekarze, k tó rz y ja k o je d y n i spośród w ym ienionych >grup zaw odow ych są upow ażn ien i d o b ad a n ia leków oraz stosow ania ich w celach lecz­

niczych u człow ieka. L e k a rz e w e te ry n a rii z a jm u ją się zastosow aniem leków w chorobach zw ierząt.

L ekiem n az y w am y zw iązek chem iczny pochodze­

n ia ro ślin n e g o alb o zw ierzęcego (lek n a tu ra ln y ), lufo o trzy m an y za pom ocą syntezy ch em iczn ej (lek sy n ­ tetyczny), sto so w an y n ie tylko do leczenia, lecz ta k ­ że d o rozpoznaw ania chorób oraz do za pobiegania ahorobom (w p ro filak ty c e chorób). Z w iązek chem icz­

n y b ędący lek iem je s t w y p ro d u k o w a n y w p o staci farm ac eu ty czn e j, n a d a ją c e j się d o n atychm iastow ego p o d an ia chorem u (np. ta b le tk i, d ra ż e tk i, czapki, ro z ­ tw ory). O becnie d w ie trzecie stosow anych leków stan o w ią zw iązki syntetyczne, ale g ra n ic a m iędzy lekiem syntetycznym i n a tu ra ln y m m oże ulegać z a ­ ta rc iu , gdyż c o ra z w ięcej leków p ro d u k o w an y ch je st w sposób p ó łsyntetyczny (zm iany chem iczne p ro d u k ­ tó w n atu ra ln y c h ), lub w sposób „sztuczny” lecz z w y ­ k o rzy stan iem isto t żyw ych '(antybiotyki, p ro d u k ty bioinżynierii).

F arm akolodzy za jm u ją się poszu k iw an iem now ych leków, a także b ad an iem m echanizm u d ziała n ia le-

54 W sz e c h sw ia t, to m 86, n r 311985

ków , sto so w a n y ch często ju ż od d aw n a . O znacza to, że w leczeniu ohcurób u ży w a m y ta k że leków, k tó ry c h efe k ty d z ia ła n ia zn a m y b ard z o dobrze, ale n ie p o ­ tr a f im y w y ja ś n ić w ja k i sposób, d laczego to d ziała n ie w y stę p u je.

Jak pow staje n ow y lek?

C hem icy sy n te ty z u ją co ro k u se tk i ty sięcy now ych zw iązków . N a p o d sta w ie ich budow y chem icznej m oż­

n a przew idzieć, k tó re z n ic h m ogą być p o te n c ja ln y m i lek am i. F arm ak o lo g o trz y m u je od c h e m ik a zazw yczaj serię, s k ła d a ją c ą się z k ilk u d z ie sięc iu lu b n a w e t k il­

k u s e t zw iązków , p ochodzących z jed n eg o zw iązk u m acierzystego. W y k o n u je on b a d a n ia w stę p n e, celem w y b ra n ia z tej dużej ilości zw iązk ó w ty lk o tych, k tó ­ re w y w ie ra ją isto tn y w p ły w n a odpow iednie n a rz ą d y o raz są m ało szkodliw e. N a jp ie rw w ięc o k reśla d a w ­ k ę ś m ie rte ln ą (LD50) d la połow y z liczby u żytych z w ie rz ą t dośw iad czaln y ch (najczęściej m yszy i szczu­

rów ), a ta k ż e daw kę, k tó ra w y w o łu je w y ra źn y e fe k t farm ak o lo g icz n y n a poszczególne n a rz ą d y u połow y z b a d an y c h z w ie rząt dośw iadczalnych (ED50). N a s tę p ­ n ie oblicza tzw . w sk a ź n ik leczniczy, b ędący sto s u n ­ k ie m ED50/LD 50. Je ż e li te n w sk aź n ik je s t m n iejszy niż je d en , w b a d a n y m zw iązk u p rze w a ża d ziałan ie szko­

dliw e n a d jego e w e n tu a ln y m d ziałan iem leczniczym , w y n ik a ją c y m z w y w ie ra n y c h bodźców i w obec tego zw iązek te n ja k o tr u ją c y o d rzu c a się z dalszych b a d a ń .

N a to m ia st zw iązki o siln y ch e fe k ta c h fa rm a k o lo ­ gicznych i m a ły m d z ia ła n iu tru ją c y m p o d d ajem y b a rd z o szczegółow ym b ad a n io m . O b serw u je m y ich w p ły w n a n a rz ą d y izolow ane np. serce, n ac zy n ia k rw io n o śn e, żołądek, je lita (b ad a n ia in vitro). B a­

d a n e narządy u m ieszcza się w naczy n iach sz k la n y c h w y p ełn io n y ch o grzanym i do te m p e ra tu ry c ia ła p ły ­ n a m i o sk ład zie p o d obnym d o sk ła d u p ły n ó w tk a n ­ k ow y ch , w y syconym i p o w ietrz em lu b m ie sz an in ą 95% tle n u i 5% d w u tle n k u w ęgla. O b serw u je m y 'Czynność serca i n arz ąd ó w zbudo w an y ch z m ięśni g ła d k ich , z a p isu ją c ją n a p ap ierze za pom ocą o d p o ­ w ied n ich re je s tra to ró w .

W innych d o św iad czen iach b ad a m y d z ia ła n ie le k u n a poszczególne n a rz ą d y z n a jd u ją c e się w o rg a n iz ­

m ie zw ierzęcia (in vivo ) za pom ocą różn y ch p rz y ­ rządów . S ą to tzw . „ b a d a n ia o s tre ”. P row adzi się je zaw sze n a zw ie rzętac h w s ta n ie głębokiego zn iec zu ­ le n ia ogólnego, a dośw iadczenie kończy się śm iercią zw ierzęcia, k tó ra m u si n a s tą p ić p rze d obudzeniem . W ogóle je d n y m z n a jw a ż n ie jsz y c h p ro b lem ó w w d o św ia d cz en ia ch farm ak o lo g icz n y ch p rz e p ro w a ­ d z a n y ch n a zw ie rzętac h je s t ta k ie ich pro w ad zen ie, a b y oszczędzić im stra c h u i cierpień. N ie zaw sze je s t to całkow icie m ożliw e, ale z re g u ły m ożna p rzy ją ć, że. zw ierzę ponoszące śm ie rć w w y n ik u dośw iadcze­

n ia farm akologicznego, prow ad zo n eg o p rzez uczciw ego b ad acza, c ie rp i m n ie j n iż zw ierzę rz e ź n e w czasie tra n s p o rtu i w rzeźni, a często też m n ie j, niż zw ierzę pociągow e.

W in n y c h d o św ia d cz en ia ch o b serw u jem y , ja k b a ­ d a n y zw iązek w p ły w a na. zaw arto ść sk ła d n ik ó w c h e ­ m icznych oraz n a ak ty w n o ść enzym ów p ły n ó w u s tr o ­ jo w y ch i n arz ąd ó w , n a e le m e n ty m o rfo ty cz n e k rw i (ilość k rw in e k czerw onych, białych, pły tk o w y ch ), n a szybkość syn tezy i w y d zie la n ia horm onów . P o w y ­ k o n a n iu ty c h w ielo stro n n y ch b ad a ń o trz y m u je m y in ­ fo rm a cje, ja k le k d zia ła u poszczególnych g a tu n k ó w zw ierzęcych, ja k ie d z ia ła n ie je s t n a jisto tn ie jsz e d la

celów leczniczych (działanie głów ne), czy d a n y z w ią ­ zek m a d zia ła n ia dodatkow e, k tó re m ogą być pożą­

d an e luto 'szkodliwe. Z ty a h in fo rm a c ji w yciągam y w nioski o p o te n c ja ln y m zasto so w an iu zw iązku w le­

czeniu d a n e j choroby.

N astęp n ie m u sim y się dow iedzieć, czy b ad a n y p rzez n a s zw iązek n ie d ziała szkodliw ie p o dłuższym sto so w an iu . W y k o n u jem y w ięc b ad a n ia toksyczności p rze w lek łe j, p o le g ają ce n a p o d aw a n iu różnych u ła m ­ k ów LD 50 (■/», V», '/’■«) zw iązku przez o k res 3—12 m ie ­ sięcy i d o k ła d n ej o b se rw ac ji w p ły w u tego długo­

trw a łe g o sto so w a n ia n a k rew , n a rz ą d y b io rąc e u d ział w u su w a n iu zw iązku z organizm u — w ą tro b ę i n erk i, u k ła d k rą ż e n ia , n a rz ą d y rozrodcze. B ad an y no w y po ­ te n c ja ln y le k p o d a je m y sam icom ciężarnym d obser­

w u je m y , .czy n ie w y w o łał on z m ia n n arz ąd ó w u n o ­ w o ro d k ó w (działanie te ra to g en n e ). P o n ad to badam y, czy n ie w y w o łu je o n m u ta c ji genetycznych, n o w o ­ tw o ró w i zm ian alergicznych. W szystkie b a d a n ia f a r ­ m akologiczne i toksykologiczne w y k o n u jem y p rz y ­ n a jm n ie j n a trz e c h g a tu n k a c h z w ie rząt d o św ia d ­ czalnych, d w u niższych (myszy, 'szczury) i je d n y m w yższym (kot, pies, naczelne). Je śli w y k ry je m y silne d z ia ła n ie farm ak o lo g icz n e n ow ego zw iązku, k tó re m oże znaleźć zastosow anie lecznicze o raz w ykażem y, że je s t on n ie z b y t szkodliw y i p ozbaw iony d ziała n ia te ra to g en n e g o , m u tag en n eg o i now otw orow ego, m ożna go po r a z p ie rw sz y zastosow ać u człow ieka. Z anim d o jd z iem y do ta k ie g o w n io sk u p o trz e b a w iele czasu, pośw ięconego p rz e z w ielu badaczy n a liczn e b ad a n ia w y m ag a ją ce og ro m n ej p ra c y , w ielkich um iejętn o ści tech n iczn y ch i zdolności praw id ło w eg o w y ciąg an ia w niosków z poczyn io n y ch obserw acji.

W iele b a d a n y c h zw iązków odpada w czasie prób p rzedklinicznyoh. O blicza się, że ab y uzyskać now y le k trz e b a z b a d ać ok. 4000 now ych zw iązków ch e­

m icznych. W yniki b a d a ń n ad p o te n c ja ln y m now ym lek iem u zy sk a n e u zw ierząt n ależy tra k to w a ć w od­

n ie sie n iu do człow ieka ja k o ogólną in fo rm ację, w s k a ­ z u ją c ą n a p raw d o p o d o b ie ń stw o podobnego d ziałania.

R óżnice g a tu n k o w e w d z ia ła n iu poszczególnych /związków chem icznych są znaczne i żad en g a tu n ek z w ie rząt nie re a g u je ta k sam o ja k człow iek n a p o ­ szczególne su b sta n c je , ta k w ięc dopiero b a d a n ia k li­

niczne, p rze p ro w a d z o n e u człow ieka, przynoszą o sta­

te cz n ą odpow iedź, -czy p rz e b a d a n y w ielo stro n n ie n a z w ie rzętac h n o w y zw iązek okaże się lekiem . P o d aje się go n a jp ie r w w b ard z o m a łe j daw ce, stanow iącej

‘/mm LD 5o, 7«» ED50 obliczonych d la n a jb a rd z ie j w ra ż ­ liw ego g a tu n k u zw ierzęcia dośw iadczalnego, 10— 15 z d ro w y m m ło d y m ludziom , k tó rzy w y ra żą n a to d o ­ b ro w o ln ie zgodę po d o k ła d n y m p o in fo rm o w a n iu ich o celu i e w e n tu a ln y m n ie b ez p iec ze ń stw ie (badań. W y­

m ie n io n a d a w k a je s t z b y t m a ła b y m o g ła w yw rzeć d ziała n ie farm akologiczne, ale p o d aje się ją dlatego, b y zm n iejszy ć n ieb ezpieczeństw o w y stą p ien ia ew en ­ tu a ln e g o d z ia ła n ia szkodliw ego, któ reg o nie m ożna przew id zieć n a p o d sta w ie w y n ik ó w b a d a ń n a zw ie­

rz ę ta c h . Je śli n ie stw ie rd z i się szkodliw ości b a d a ­ nego zw iązku, p o d a je się go n a s tę p n ie 10— 15 ludziom icderpiącym n a chorobę, w k tó re j m a on być sto so ­ w an y , w d a w k a c h stopniow o zw iększanych d la o k re­

śle n ia w ielkości d a w k i leczniczej. Po je j u sta le n iu p rz e p ro w a d z a się b a d a n ia p orów naw cze d ziała n ia no­

w ego p o te n cja ln e g o le k u z d ziałan iem le k u po ­ w szech n ie stosow anego w leczn ictw ie (lek s ta n d a rd o ­ w y). B a d a n ia te m ożna w yk o n ać d w o m a sposobam i.

W sz e c h św ia t, to m 86, n r 311985

55

Je d n em u chorem u p o d a je się n ow y lek, zaś d ru g ie ­ m u lek stan d ard o w y , lu b te m u sa m em u chorem u po d aje się "te d w a lek i na p rz e m ia n w odstępach dw utygodniow ych. C elem o b iektyw izacji .badań s to ­

suje się tak i sy stem p o d a w a n ia leków , że an i chory, a n i le k arz pro w ad zący b a d a n ia n ie w ie, k tó ry z le ­ ków je s t w d a n y m imomenaie p o d a w a n y (podw ójnie ślepa próba). W czasie p o d aw a n ia leków pro w ad zi się bardzo d o k ła d n ą obserw ację chorego. B a d an ia tej fazy leków pro w ad zi się w trz e c h różnych w y sp ec ja­

lizow anych o śro d k ac h klin iczn y ch n a 10—30 chorych w każd y m ośrodku. Je że li w w y n ik u (tych .badań stw ierdzim y, że b a d a n y p rze z n a s now y lek d ziała isłabied, lub m niej .szkodliwie od leku sta n d a rd owego, lek te n zo staje w prow adzony do pow szechnego u ż y t­

k u po za o piniow aniu przez in sty tu c ję p o w ołaną do tego celu w k aż d y m pań stw ie. W Polsce czyni to K om isja L eków p o w o łan a przez M in istra Z drow ia i O pieki S połecznej, sk ła d a ją c a się .z farm akotlogów i lek arzy w szystkich specjalności.

K ażdy lek m oże zadziałać tru ją c o , je śli je st po­

d a n y w zbyt diużej daw ce lu b człow iekow i c ierp ią­

cem u n a chorobę, w k tó re j je s t on p rzeciw w skazany.

D latego też farm ak o lo d zy z a jm u ją sdę .także opisem ob jaw ó w szkodliw ych w y w o ły w an y ch przez lek i oraz poszukiw aniem leczenia ty c h objaw ów .

N ajw ażniejszym spoisobem uzy sk an ia m ożliw ości n ajbezpieczniejszego .stosow ania leków je s t poznanie m ech an izm u ich d ziałan ia, m ów iąc inaczej znalezienie odpow iedzi n a p y ta n ie dlaczego lek d ziała. N iektóre leki d z ia ła ją n a sk u te k w y w o ły w an ia p ro sty ch p ro ­ cesów fizykochem icznych, np. lek i a lk alizu ją ce łączą siię z kwaisem solnym soku żołądkow ego, w y tw a rz a ­ ją c sole o n isk iej kw asocie. L eki stosow ane z e w n ętrz­

nie d z ia ła ją tylk o w m iejscu ich zastosow ania. W ięk­

szość leków w y w iera d ziała n ie n a posizczególne n a ­ rządy, gdyż łączy się ze .swoistym i ug ru p o w an iam i chem icznym i, z n a jd u ją c y m i się n a p o w ierz ch n i ko­

m órek, zw anym i recep to ram i. W y k ry to d o tą d re c e p ­ to ry dla w ielu leków , re c e p to ry d la in n y c h są w toku poszukiw ań. W zależności od w łaściw ości leków w o­

bec ic h rec ep to ró w dzielim y je n a agonistów oraz antagonistów . L ek i agoniiisityczne m a ją zdolność w ią ­ za n ia się z re c e p to re m i d ru g ą w łaściw ość, n a z w an ą ak ty w n o ścią w e w n ę trz n ą , p o le g ają cą n a tym , że lek m a zdolność zapoczątkow ania k a s k a d y re a k c ji bio­

chem icznych, w y w o łu jący ch e fe k t biologiczny w o k re ­ ślonej tk a n c e lu b odpow iednim narządzie. N ato m iast antagoniści, d z ia ła ją c y p rze ciw n ie w p o ró w n a n iu z ag o n istam i, m a ją ty lk o w łaściw ość w iąz an ia się z rec ep to rem . Z a jm u ją c m iejsca recep to ro w e, n ie d o ­ puszczają do w y stą p ien ia e fe k tu w yw oływ anego przez leki agonistyczne lu b n a tu ra ln e su b stan cje p o b u d za­

ją c e rec ep to ry . D zięki zsyntetyzow andu agonistów i .antagonistów zn a k o w an y c h izotopam i ra d io a k ty w ­ nym i, p rze z ich w za jem n e w y p ie ra n ie się p o tra fim y zm ierzyć siłę w iązan ia się z re c ep to ram i, a ta k ż e m o­

żem y za pom ocą odpow iednich m eto d m atem aty c z­

nych obliczyć gęstość receptorów .

P o staw ien ie n a p o cz ątk u bieżącego stu lec ia h ipo­

tezy o istn ien iu receptorów , a n a s tę p n ie je j udow od­

nienie przez w y k ry c ie n a jp ie rw rec ep to ró w d la zw ią­

zków w y stę p u ją c y c h w żyw ym organizm ie, a potem recep to ró w d la leków , spow odow ało zrozum ienie m e ­ ch anizm u d ziała n ia w ielu leków . O becnie n asza w ie­

dza rozszerza się z ro k u n a rok, gdyż p o tra fim y ju ż b adać ich w p ły w n a poszczególne sk ład n ik i (orga­

nelle) kom órkow e i n a poszczególne d ro b in y chem i­

czne (m olekuły) zn a jd u ją c e siię w kom órkach. R ozw i­

ja ją się w ięc gw ałto w n ie b ad a n ia n a d m echanizm em d ziałan ia leków n a poziom ie m olek u larn y m . Do po ­ stępu w .zrozum ieniu ja k leki d z ia ła ją przyczyniło się o dkrycie w organiizmaah żyw ych zw iązków o potęż­

n y m działan iu .biologicznym, biorących u d ział w p rz e ­ k az y w an iu in fo rm ac ji k om órkom (horm ony, am in y biogenne, am inokw asy) (patrz „W szechśw iat" 1984, 85:317) lu b te in fo rm a c je zm ieniających. T e o sta tn ie nazw ano m od u lato ram i. N ależą do n ich m . in. n ie ­ d aw n o o d k ry te p ro stag lan d y n y , n eu ro p e p ty d y , c y k li­

czne niukleotydy. O dkryoia te oznaczają w fa rm a k o ­ logia ogrom ny p o stę p i p rz y b liż a ją zrozum ienie czym się ta n a u k a za jm u je. D zięki nim uzyskujem y leki

•o coraz silniejszym d ziała n iu , d ziała n iu b ard z iej w y ­ biórczym n a .poszczególne u k ła d y i n a rz ą d y o rganiz­

m u , a p rzez to m n ie j szkodliw e.

Rozwój farm akologii odcisnął silne p ię tn o n a le ­ czeniu chorób w y w o ły w an y ch przez b a k te rie , chorób u k ła d u k rąż en ia , pokarm ow ego, oddechow ego, chorób psychicznych, u k ła d u d o krew nego. W la ta c h 1950—

1960 odkryto ta k w ielką ilość leków o n ieznanej do te j p o ry sile i .m echanizm ach d ziała n ia , że to n ie ­ sp o ty k a n e d o tą d w h isto rii ludzkości zjaw isko n a ­ zw ano eksplozją leków. Z n am y dzisiaj lek i d z ia ła ­ ją ce ró w n ie n ie o d w ra caln ie leczniczo ja k nóż c h iru r­

ga. Z astosow ane n iew łaściw ie m ogą o n e je d n a k w y ­ w o łać n ie o d w ra caln e szkodliw e zm iany, b ard z o n ie ­ bezpieczne d la człow ieka. Z a te n o g rom ny postęp ludzkość za p ła c iła tra g e d ią talid o m id u , leku, k tó ry spow odow ał u ro d ze n ie siię w E u ro p ie Z achodniej s e ­ te k dzdeoi pozbaw ionych kończyn. Z tego strasznego w ydarzenia nau czy liśm y się, że nie w o ln o dopuścić do u żytku żadnego leku, d opóki n ie w ykluczym y jego d zia ła n ia terato g en n eg o . S ą też g ru p y leków o .ciągle niew ielk im p o te n c ja le leczniczym , w y m ag a ją ce n o ­ w ych odkryć. M am tu n a m yśli przed e w szystkim leki p rzeoiw naw otw orow e i przeciw w irusow e.

Rozwój n a u k i o le k ac h spow odow ał w ybitne zm niejszenie się śm iertelności w ie lu groźnych chorób.

P o w o łajm y .się w ty m m ie jsc u n a ja k że znaczący p rzy k ła d gruźlicy, któ rej w yleczenie stało się m ożli­

w e od 1944 ar., k ie d y o d kryto p ierw szy lek p rze ciw ­ gruźliczy — strep to m y cy n ę , a n a s tę p n ie uzyskano d alsze leki. Do ro k u 1952 je d y n y m i sposobam i lecze­

nia psychicznie chorych było ich za m k n ię cie za k r a ­ ta m i w p o k o jach z d rzw iam i bez k la m ek , zak ład a­

n ie k a fta n a bezpieczeństw a, stosow anie e le k tro w strz ą ­ sów lu b śpiączek insulinow ych. O becnie m a m y w iele leków , k tó re sto su jem y w ty c h chorobach. S pow odo­

w a ły one, że k ra ty w o k n a c h szpitali p sy c h iatry c z­

n ych i k a fta n y bezpieczeństw a są re lik te m przeszło­

ści. W ielu ludzi psychicznie chorych p o tra fim y dzięki ty m lekom p rzyw rócić społeczeństw u, m im o że ja k d o tą d ro zu m iem y m ech a n izm ic h d z ia ła n ia jedynie fra g m en tary cz n i e.

F arm ak o lo g ia je s t n a u k ą m łodą. Je j początki p rz y ­ p a d a ją n a połow ę ubiegłego stulecia. P ierw sza na św iecie k a te d ra farm ak o lo g ii z o stała założona w 1846 r.

w D orpacie (obecnie T a rtu w E stońskiej SRR), przez R u d o lfa B uehheim a. P o w stan ie n a u k i o lekach było m ożliw e d zięk i u p rze d n io dok o n an y m odkryciom w dziedzinie fizjologii i biochem ii. F arm ak o lo g ia w w olnej P olsce zaczęła się rozw ijać od r. 1920, a za jej ojca je st uw ażan y L eon P opielski, uczeń Iw a n a P aw łow a, p ro fe so r U n iw ersy te tu Lw ow skiego. W os.ta-

56

tniim ćw ierćw ieczu z farm ak o lo g ii zw an ej d o św ia d - czalną, gdyż o p ie ra jąc ej się tylk o n a e k sp ery m en tac h zw ierzęcych, w y p ąc zk o w ała no w a g ałąź — farm a k o lo ­ gia k lin iczn a, w y p ra c o w u ją c a obecnie m e to d y b a d a ­ n ia d z ia ła n ia leków u 'C złow ieka. N iesły ch an ie w ażną irolę o d g ry w a ją w niej p ro b le m y etyczne.

L eki, k tó re imamy, isą ciągle jeszcze n iedoskonałe, p o ja w ia ją się now e choroby. J e d n a k dzięki sta łe m u

p ostępow i w d ziedzinie te c h n ik b adaw czych i obie­

k ty w iz ac ji b a d a ń p o su w a m y s ię dro g ą, k tó rej celem je s t u zy sk an ie leków w p ełn i skutecznych i jeżeli nie z u p e łn ie nieszk o d liw y ch , to p rz y n a jm n ie j pozbaw io­

n ych niebezpiecznego d ziała n ia .

P r o 1. d r Z b ig n ie w S. H e r m a n j e s t p sy c h o fa rm a k o lo g ie m i f a rm a k o lo g ie m k lin ic z n y m , k ie ro w n ik ie m Z a k ła d u F a r ­ m a k o lo g ii Ś lą s k ie j A k a d e m ii M e d y c z n e j.

JER ZY V ETU LA N I (K raków )

FA R M A K O L O G IA —N A U K A O T Y M , JA K O R G A N IZ M R E A G U JE N A SU BSTA N C JE C H E M IC Z N E I D LAC ZEG O

Z b ig n ie w S. H erm a n , w y b itn y farm ak o lo g i lekarz, r e k to r Ś lą sk ie j A k ad e m ii M edycznej w la ta c h 1980—

1983, p rz e d sta w ił w p o p rze d n im a rty k u le sw o je p o ­ g lą d y n a to, czym je s t farm ak o lo g ia. T a m ało znana, chociaż żyw o ro z w ija ją c a się d ziedzina nau k o w a, po ­ s ia d a k ilk a aspektów , z k tó ry c h H e rm a n om ów ił p rz e ­ d e w sz y stk im a s p e k t le k arsk i. W ydaje m i się, że dla u z u p e łn ie n ia o b raz u w a rto podnieść jeszcze p o zn aw ­ czy, fizjologiczny a s p e k t farm ak o lo g ii.

F a rm a k o lo g ia p o w sta ła jako g ałą ź fizjologii zw ie­

r z ą t i u p ra w ia j ą obecnie w ielu fizjologów i bioche­

m ików . F arm a k o lo g ia u p ra w ia n a je s t za ró w n o w p r a ­ co w n ia c h u n iw e rsy te c k ic h , ak a d e m ia c h m edycznych i in s ty tu ta c h n au k o w y c h (nip. PA N ), ja k i w labo­

r a to ria c h f ir m farm a c e u ty c z n y c h i re so rto w y c h in ­ s ty tu tó w p rze m y sło w y ch . W ty c h o sta tn ic h celem farm ak o lo g ó w je s t od k ry cie i opraco w an ie now ego leku. Z ad a n iem farm ak o lo g ó w ak a d e m ic k ic h je s t z b a ­ d a n ie m ech a n izm ó w d z ia ła n ia leków , ale rów n ież i b a d a n ie za g ad n ień fizjologicznych p rz y u ży c iu su b ­ s ta n c ji chem icznych. D la farm ak o lo g a-b io lo g a i che­

m ik a (k tó ry m je s t a u to r a rty k u łu ) le k n ie je s t ce­

lem , ale narzęd ziem badaw czym . N aw et sam o p o ję­

cie „ lek ” p rzez w ielu farm ak o lo g ó w dośw iad czaln y ch je s t u ży w a n e w in n y m sensie niż su b sta n c ja leczni­

cza: je s t to su b s ta n c ja ch em iczn a sto so w a n a w b a ­ d a n ia c h farm ak o lo g iczn y ch , 'która d e fac to m oże być n ieb ezp ieczn ą tru cizn ą. Ż arto b liw a , a le a d e k w a tn a d e fin ic ja le k u w p ra c o w n i farm ak o lo g iczn ej to „su b ­ s ta n c ja , k tó ra po w strzy k n ię ciu zw ie rzęc iu p o w oduje p o w sta n ie p r a c y n a u k o w e j”.

P rz e w a ż a ją c a w iększość procesów reg u la cy jn y c h , k tó ry c h całość sk ła d a s ię n a zjaw isk o życia, m a pod­

łoże chem iczne. O dp o w ied n ie su b s ta n c je ch em iczne m o g ą zm ienić przebieg ty c h procesów , p o w o d u jąc o kreślone sk u tk i. P o d o b n ie z a b u rz e n ia n ie k tó ry c h p ro cesó w chem icznych m ogą .prow adzić do p o w aż­

n y c h z a b u rz e ń fu n k c ji całego u s tr o ju : d o choroby i — w k o ń cu do śm ierci. S to su ją c p e w n e su b stan cje chem iczn e m ożem y k o ry g o w ać n ie k tó re z a b u rzen ia, i te w ła śn ie su b stan cje n a z y w a m y le k am i w sensie m edycznym .

F a rm ak o lo g ia m a sw o je w ie lk ie sukcesy n ie ty lko w p o sta ci now ych, skutecznych lek ó w , ra tu ją c y c h ży­

cie i p o w o d u jąc y ch , że n ie k tó re schorzenia, n ie ­ u c h ro n n ie śm ie rte ln e k ilk a d ziesiątk ó w la t te m u , są

obecnie ch o ro b a m i w rę cz b ła h y m i, in n y m zaś, m im o tego, że w ciąż są p ow ażne, m o ż n a sk u teczn ie p rz e ­ ciw działać p rz e d łu ż a ją c życie p ac je n tó w n a w e t o dzie­

sią tk i la t. W ielkim i su k c e sa m i farm akologii, b ęd ący ­ m i z re sztą n ie je d n o k ro tn ie p o d sta w ą sukcesów „ p ra ­ k ty c z n y c h ”, je s t p rzy c zy n ie n ie się do zrozum ienia w ie lu z ja w is k fizjologicznych. F arm ak o lo g ia w y p ra ­ c o w a ła te o rię rec e p to ro w ą , k tó r a pozw ala obecnie zrozum ieć, ja k działa np. u k ła d nerw ow y, albo w ja k i sposób re g u lo w a n e je s t c iśn ie n ie k rw i, o raz n a czym polega m ech a n izm d ziała n ia horm onów . F a r ­ m akologia pozw oliła n a pozn an ie n ie k tó ry ch fizjolo­

gicznych m echanizm ów re g u la c ji te m p e ra tu ry , k rą ż e ­ n ia , k u razliw o ści m ięśni, sta n u n aczy ń krw io n o śn y ch . F a rm a k o lo g ia p rzy c zy n iła się też isto tn ie do po zn a­

n ia m e c h a n iz m u re g u la c ji p o te n c ja łu kom órkow ego i b u d o w y b ło n y k o m órkow ej.

F arm ak o lo g ia ro z p a try w a n a w ty m aspekcie je s t in te g ra ln ą częścią fizjologii. I fizjolog obecnie często za m ia st k lasy czn y ch n arz ęd zi b adaw czych (którym i są n arz ęd zia ch irurgiczne) sto su je leki, ja k b y za p o m in a­

ją c czasem , że nip. ac ety lo ch o lin a ozy n o ra d re n a lin a z a sta ły „pożyczone” z a rs e n a łu k lasycznej fa rm a k o ­ logii. Często też, zw łaszcza w b ad a n ia ch n ad m ó­

zgiem , fa rm a k o lo d z y i fizjolodzy b a d a ją te sa m e p ro ­ b lem y , i to często p rzy uży ciu ty c h sam y ch m etod.

N ie m ożna bow iem zapom nieć, że farm ak o lo g ia z ko­

le i cz erp ie p ełn y m i g a rśc ia m i z a rs e n a łu narzęd zi b ad a w cz y ch in n y c h n a u k o św iecie ożyw ionym : fizjo ­ logii, b iochem ii czy psychologii zw ierząt. M etod ty c h farm a k o lo g ia u ż y w a p o to , a b y odpow iedzieć, w ja k i sposób ró ż n e su b sta n c je ch em iczn e d z ia ła ją n a o r­

g an izm żyw y, a odpow iedź n a to p y ta n ie pociąga za sobą p y ta n ie o p rzyczynę tego d ziałania. W p ew nych w y p a d k a c h w ła ś n ie n a p o d sta w ie zależności m iędzy b u d o w ą ch e m ic z n ą leku a s iłą i ja k o ścią jego d z ia ­ ła n ia u d a ło się odpow iedzieć, ja k w y g ląd a odpow ie­

d z ia ln a za d z ia ła n ie le k u s tru k tu r a chem iczna. W ten sposób d o w ied z ie liśm y się np. o b u d o w ie i w y m ia­

ra c h n ie k tó ry c h rec ep to ró w . N iekiedy b a d a ją c d z ia ­ ła n ie leków o d k ry liśm y istn ie n ie endogennych s u b ­ s ta n c ji chem icznych, re g u lu ją c y c h fu n k c je życiowe, k tó ry c h is tn ie n ia p rz e d te m n ie podejrzew ano. T akim i s u b sta n c ja m i s ą np. e n k e fa lin y i en d o rfin y — p e p - ty d y , k tó ry c h d ziałan ie n a ś la d u je m o rfin a czy n a tu ­ r a ln y p e p ty d o w y re g u la to r lęku.

MEWASREBRZYSTALarus argentatus.Fot.W. Puchalski

II. BĄ C ZEK SA M IEC w obliczu n ieb ezp ieczeń stw a n ie ru c h o m ie je w pozycji w y ciąg n iętej. Fot. W. P uch alsk i