Badania naukowe zmieniają nasz świat

Najbardziej ambitne europejskie projekty badawcze realizowano w trzech dużych obszarach nauki: naukach o życiu, naukach ścisłych i technicznych oraz naukach społecznych i humanistycznych – pisze prof. Andrzej JAJSZCZYK

.Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu. Dzięki badaniom naukowym nie tylko wiemy, jak żyli nasi przodkowie tysiące lat temu, ale także, jak funkcjonują rynki i co wpływa na nasze zbiorowe działania. Nauka służy także zaspokajaniu naszej zwykłej, ludzkiej ciekawości, przy okazji pozwalając odkrywać rzeczy, które dają szanse na zmianę naszego życia na lepsze. Co prawda nie zawsze chcemy czy umiemy skorzystać z tego, co nam podpowiada nauka, ale w krajach, które to potrafią, żyje się na ogół znacznie lepiej niż tam, gdzie badania naukowe się lekceważy.

Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami. 

Współczesne badania naukowe obejmują praktycznie wszystkie obszary naszej egzystencji, a liczba osób uprawiających obecnie naukę, jak twierdzą niektórzy, jest większa niż sumaryczna liczba uczonych żyjących od starożytności do czasów współczesnych. Nawet bardzo skrótowe opisanie prowadzonych obecnie w świecie badań wymagałoby wielu opasłych tomów. Dlatego też skoncentruję się na krótkim omówieniu tematyki najbardziej ambitnych projektów badawczych, finansowanych w ostatnich latach przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (European Research Council) w trzech dużych obszarach nauki: naukach o życiu, naukach ścisłych i technicznych oraz naukach społecznych i humanistycznych. O sukcesie tego finansowania świadczy m.in. to, że dwunastka grantobiorców ERC otrzymała Nagrody Nobla, w tym trzech w bieżącym roku. 

Nauki o życiu

Jakkolwiek ostatecznym celem nauk o życiu jest wydłużenie ludzkiego życia i podniesienie jego jakości, główny wysiłek badawczy koncentruje się obecnie na zrozumieniu podstawowych mechanizmów działania organizmów na poziomie komórkowym i na sposobach sterowania tymi mechanizmami.

Nie jest więc przypadkiem, że najwięcej badań finansowanych przez ERC dotyczy takich dyscyplin, jak: biologia komórki, genetyka, neuronauka i biologia molekularna, a same tematy badań koncentrują się wokół różnicowania komórek, czyli zamiany jednego rodzaju komórek w inne; dotyczy to szczególnie komórek macierzystych. Warto jednak pamiętać, że znaczące już osiągnięcia w tym obszarze badań tylko w bardzo niewielkim stopniu przekładają się, na razie, na zastosowania kliniczne.

Inne gorące tematy to sterowanie genami, zwane też sterowaniem ekspresją genów, epigenetyka, czyli w uproszczeniu różnicowanie komórek o tym samym genotypie, a także procesy przekazywania informacji między komórkami. Postęp we wszystkich tych badaniach daje nadzieję na bardziej skuteczną walkę z chorobami nowotworowymi i neurodegeneracyjnymi. 

Postęp w naukach o życiu jest możliwy między innymi dzięki rozwojowi metod badawczych. Intensywnie rozwijają się metody modelowania komputerowego i symulacji w tzw. modelach in silico, a także korzystające z metod uczenia maszynowego. Następuje także dalszy rozwój mikroskopii i metod obrazowania oraz modyfikowanych modeli zwierzęcych odwzorowujących organizm ludzki. 

Ponad jedna trzecia z wszystkich kilkunastu tysięcy projektów finansowanych dotychczas przez ERC wpisuje się w unijny priorytet EU4Health, czyli badań związanych ze zdrowiem, a w szczególności tych dotyczących mózgu i nowotworów. Podobnie dzieje się i w innej potędze naukowej, jaką są Stany Zjednoczone. O ogromnym, praktycznym znaczeniu badań podstawowych świadczy błyskawiczne opracowanie skutecznej szczepionki przeciwko COVID-19, co praktycznie uratowało przed śmiercią bądź ciężkimi powikłaniami miliony ludzi na całym świecie. Było to możliwe między innymi dzięki finansowaniu przez ERC projektu SUMMIT, prowadzonego przez Uğura Şahina, twórcę firmy BioNTech. Jakkolwiek projekt dotyczył szczepionek przeciwnowotworowych opartych na mRNA, opracowana w jego ramach technika pozwoliła na szybkie opanowanie produkcji skutecznych szczepionek przeciwwirusowych. 

Nauki ścisłe i techniczne

.W obszarze nauk ścisłych i technicznych najwięcej badań w ostatnich latach prowadzi się w dyscyplinach inżynierii materiałowej i nauki o materiałach. Ich praktyczny potencjał nie podlega dyskusji. Następne dyscypliny w kolejności finansowania przez ERC to chemia fizyczna, fizyka materii skondensowanej i ciała stałego, elektronika i fotonika, a także chemia organiczna. Po nich następują informatyka i kryptologia, oddziaływania fundamentalne, w tym oddziaływania grawitacyjne czy elektromagnetyczne. Listę najpopularniejszych badawczo dyscyplin zamyka fizyka kwantowa. Warto przy tym pamiętać, że wspomniana kolejność nie wynika z jakichkolwiek priorytetów czy preferencji ERC, lecz jedynie z pojawiania się najbardziej interesujących pomysłów badawczych zgłaszanych przez samych naukowców. 

Spośród konkretnych tematów prowadzonych prac badawczych, w ramach wspomnianych wyżej dyscyplin, prym wiodą różnorodne algorytmy, tematy związane z ewolucją i dynamiką klimatu, następnie optoelektronika, synteza chemiczna, uczenie maszynowe, spektroskopia czy technologia półprzewodników. 

Ważne jest także to, że w obszarze nauk ścisłych i technicznych obserwujemy w ostatnich latach znaczący postęp w opracowywaniu nowych metod badawczych. Obejmują one m.in. eksperymentalne metody skoncentrowane na modelach klimatycznych, modelowanie obliczeniowe, w tym symulacje związane z sieciami neuronowymi. Intensywnie rozwija się także metody matematyczne związane z teorią pola i algorytmami, a w obszarze chemii – nowe metody syntezy organicznej i katalizy. 

Wiele projektów z omawianego obszaru wpisuje się w szerszy unijny priorytet Europe fit for the digital age, dotyczący szeroko rozumianej cyfryzacji. Dotyczy to m.in. badań nad sztuczną inteligencją, kryptologią i bezpieczeństwem, elektroniką i fotoniką, inżynierią biomedyczną, zastosowaniami informatyki czy technologiami kwantowymi. Za badania z tego ostatniego obszaru tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali Alain Aspect i Anton Zeilinger, którzy realizowali projekty finansowane przez ERC, odpowiednio, QUANTATOP oraz QIT4QAD.

Nauki społeczne i humanistyczne

.Wśród najpopularniejszych dyscyplin z zakresu nauk społecznych i humanistycznych najwięcej badań dotyczy ostatnio ekonomii i nauk politycznych. Za nimi idą: historia, badania kultury, a także neuronauka poznawcza, czyli badanie podstaw poznania, ze szczególnym uwzględnieniem procesów zachodzących w mózgu. Kolejne przebojowe dyscypliny to: socjologia, antropologia, archeologia i psychologia społeczna. 

Popularne tematy prowadzonych badań dotyczą dziedzictwa kulturowego, migracji, historii najnowszej, rozwoju gospodarczego i społecznego, neuronowych podstaw poznania, polityki i rządzenia, ale także historii średniowiecza i prehistorii. W obszarze metodologii można zaobserwować duży postęp w analizie teoretycznej dotyczącej finansów i ekonomii, modelowania obliczeniowego i symulacji, z naciskiem na modele poznawcze i modele uczenia. Dobrym przykładem skorzystania z technik wielkich zbiorów danych (big data) do badań społecznych jest projekt EXPO Magdaleny Wojcieszak z Uniwersytetu Amsterdamskiego, w którym zbadano, jak ekspozycja ludzi na zróżnicowane poglądy w mediach może być zarówno ryzykowna, jak i korzystna. 

Badania interdyscyplinarne

.Znaczna część prowadzonych obecnie w świecie najbardziej ambitnych badań naukowych ma charakter interdyscyplinarny. To na pograniczu różnych nauk rodzi się wiele nowych idei, a narzędzia badawcze dobrze już osadzone w jednej dyscyplinie okazują się ogromnie użyteczne także w zupełnie innym obszarze badań. Wiele projektów finansowanych przez ERC ma charakter interdyscyplinarny. Sprzyja temu system oceny wniosków grantowych w ramach szerokich paneli tematycznych, typowo obejmujących po kilka dyscyplin. 

Z natury interdyscyplinarne są projekty finansowane w konkursie grantów synergicznych (Synergy Grants), w których współpracują ze sobą naukowcy z dwóch, trzech bądź czterech różnych grup badawczych. W ostatnich latach szczególnie badania nad klimatem, środowiskiem oraz związane z użyciem teorii systemów do badania Ziemi wymagają współpracy naukowców ze wszystkich trzech obszarów badawczych, to jest nauk o życiu, ścisłych i technicznych oraz społecznych i humanistycznych. W ramach jednego z tych obszarów bardzo znacząca jest współpraca matematyków, fizyków kwantowych i specjalistów w zakresie badania materiałów, podobnie jak badaczy kultury, religii i języków ze specjalistami studiującymi odporność społeczeństw na zagrożenia i tymi, którzy badają zagadnienia równości między ludźmi. W obszarze badań o życiu często niezbędne jest ścisłe współdziałanie naukowców zajmujących się biologią integracyjną, czyli biologią postrzeganą z różnych perspektyw, a fizjologią i badaniami chorób. Badania struktur i funkcji cząstek organicznych, komórek i organizmów wymagają często wiedzy i umiejętności z obszarów nie tylko nauk o życiu, ale także nauk ścisłych i technicznych. Natomiast na przecięciu badań o życiu i nauk społecznych oraz humanistycznych znajdują się inżynieria biomedyczna oraz badania ludzkiego mózgu i procesów myślowych. 

Wiele ze wspomnianych badań interdyscyplinarnych wpisuje się w kolejny unijny priorytet European Green Deal. Finansowane przez ERC projekty dotyczą zmian klimatycznych, produkcji rolnej, inteligentnej mobilności, czystej i taniej energii, a także ekologii. Na przykład w projekcie COFLeaf proponuje się nowe systemy fotokatalityczne zdolne do efektywnego zbierania światła i przekształcania go w wodór, a w projekcie urbisphere bada się miasta, by ocenić, jak urbanizacja, ludzkie zachowania i technika oddziałują na zmiany klimatyczne i jak wpływa to na mieszkańców miast i ich przystosowanie do zmian. 

.Niejednego czytelnika tego tekstu zdziwi zapewne, że nie piszę tu o elektrycznych bądź wodorowych samochodach czy samolotach, lotach na Marsa, lekach na raka czy o kolejnych generacjach telefonów komórkowych, a także jeszcze bardziej realistycznych grach komputerowych. Wszystko to jednak jest lub będzie możliwe dzięki badaniom podstawowym zarysowanym wcześniej, tak jak mamy radio i telewizję dzięki sformułowanym ponad sto lat wcześniej równaniom Maxwella czy satelitarne systemy lokalizacji dzięki, także ponad stuletniej, teorii względności Einsteina.

Andrzej Jajszczyk
Tekst ukazał się w nr 45 miesięcznika opinii „Wszystko co Najważniejsze” [LINK].