środa, 20 stycznia 2021

Fobos i Deimos na morzu

Przerywamy cykl o wysyłaniu rakiet w kosmos, żeby dostarczyć Wam newsa o przyszłości wysyłania rakiet w kosmos. Myszkujący i czujni internauci dostarczyli wczoraj czystego złota…

Jak część z Was wie, SuperHeavy, czyli pierwszy stopień (booster) Starshipa jest tak potężną rakietą, że SpaceX planuje umieścić platformy startowe na oceanie. Biorąc pod uwagę ile hałasu generuje nawet jeden raptor, można tylko sobie wyobrazić ryk trzydziestu. Od razu przyszło mi do głowy, że może dałoby się w tym celu wykorzystać którąś z istniejących już platform wiertniczych. To fascynujące, monstrualne konstrukcje, wyposażone w dźwigi, mobilne potwory, na których niecałe pięć milionów kilogramów zatankowanego Starshipa nie zrobi wielkiego wrażenia.

No i się potwierdziło. W zeszłym roku wiadomo było, że SpaceX rekrutuje między innymi na stanowisko “offshore crane operator”, czyli operatora dźwigu morskiego. Wczoraj natomiast odkryto zakup dwóch bliźniaczych platform ENSCO 8500 i ENSCO 8501, przez Lone Star Mineral Development LLC. Jest to firma zarejestrowana tuż przed tym zakupem, można domniemywać, że to spółka córka SpaceX (bezzałogowe barki na których lądują boostery Falconów również nie należą do bezpośrednio do SpaceX).

Kolejną poszlaką była fakt, że dźwigi na obu platformach to modele Seatrax S90. Ogłoszenie o pracę wymieniało w wymaganiach umiejętność obsługi Seatrax Series 90. Niemal wszystkie wątpliwości rozwiało wygrzebane przez internautów informacje o zmianie nazw ważących po 120 000 ton potworków - we wrześniu minionego roku przechrzczono je na “Phobos” i “Deimos”. Mamy już nawet fotki literek, które pojawiły się na “Deimosie”.

Niby nic, a jednak nerdowi cieszy się japa :)

PS. Dla ciekawskich - zakup kosztował po $3,5 mln od sztuki.


Więcej o ENCO series 8500:
ENSCO 8500 Series Brochure
ENSCO 8501 Datachart

Jack Beyer (@thejackbeyer) - Jack Beyer w porcie Brownsville znalazł platformę "Deimos"
Jack Beyer (@thejackbeyer) - Zdjęcia wykonane w odstępie kilku miesięcy
Michael Baylor (@nextspaceflight) - potwierdzenie zmian nazw
Elon Musk (@elonmusk) - zapowiedź pływających portów kosmicznych

https://boards.greenhouse.io/spacex/jobs/4999444002 - rekrutacja SpaceX


wtorek, 19 stycznia 2021

Od Newtona do Bransona - Jak dostać się na orbitę

Firma Virgin Orbit dołączyła do wąskiego grona prywatnych firm oferujących dostarczanie ładunków na orbitę okołoziemską. 17 stycznia 2021 rakieta LauncherOne umieściła kilka niewielkich satelitów NASA na orbicie. Stwierdziłem, że to dobra okazja by popełnić tekst cykl o dość fundamentalnych kwestiach związanych z lotami w kosmos. Możliwe, że dla wielu z Was to kwestie oczywiste. Myślę jednak, że warto uporządkować kilka kwestii, bo nasza intuicja potrafi być myląca.

Dlaczego Księżyc nie spada nam na głowę? Czemu wisi sobie nieruchomo nad naszymi głowami? Czy jest tak daleko, że nie dosięga do niego siła grawitacji, która trzyma nas na Ziemi? Nic z tych rzeczy. Geniusz Newtona, polegał między innymi na tym, że zrozumiał, że te same prawa rządzą zarówno jabłkiem spadającym z drzewa jak i planetami krążącymi w kosmosie.

Księżyc spada nam na głowę cały czas. To co ratuje nas przed kolizją, to jego prędkość orbitalna. Wspominałem o zawodnej intuicji. Rakiety startują pionowo, wahadłowce startowały pionowo. Filmy raczą nas tymi pierwszymi chwilami lotu a następnie ukazują nam jak w pewnym momencie astronauci na pokładzie zaczynają odczuwać nieważkość. To buduje pewne skojarzenia, szczególnie u młodszej widowni, że jak polecimy odpowiednio wysoko to w pewnym momencie jesteśmy na orbicie, nagle zaczyna panować nieważkość i możemy sobie krążyć wokół Ziemi.

Żeby zrozumieć wejście na orbitę najlepiej prześledzić eksperyment myślowy, który Newton przeprowadził w 1687 na stronach Matematycznych pryncypiów filozofii naturalnej. Z doświadczenia wiem, że trafia on do każdego. Wyobraźmy sobie armatę skierowaną poziomo w bok. Jeśli wystrzelimy z niej, kula przeleci jakiś dystans i spadnie na ziemię. Jeśli chcemy by poleciała dalej mamy co najmniej dwie opcje - załadować więcej prochu i wystrzelić ją z większą prędkością, albo umieścić armatę wyżej. Pociągnijmy ten tok myślenia dalej i wyobrazimy sobie nierealistycznie wysoką górę z naszą armatą na szczycie.

Jeśli prędkość wylotowa kuli nie będzie odpowiednio duża, kula po prostu spadnie na ziemię. Jest jednak odpowiednia graniczna prędkość (zakładamy brak oporu powietrza lub innych zakłóceń), która sprawi, że kula znajdzie się na stabilnej orbicie okołoziemskiej. Wtedy po odpaleniu za jakiś czas okrąży naszą planetę i będzie trzeba odsunąć siebie i armatę by nie oberwać z tyłu.

Odpowiednio wysoka prędkość pozioma w połączeniu z siłą grawitacji Ziemi w teorii sprawi, że Newtonowska kula będzie bez końca krążyć na swojej orbicie. W rzeczywistości oczywiście nie tylko nie ma takiej góry i takiej armaty, ale przede wszystkim nawet setki kilometrów od Ziemi jest jeszcze szczątkowa atmosfera, pole grawitacyjne nie jest idealnie proste, sama Ziemia miejscami przyciąga silniej, do tego dochodzą wpływy Księżyca i innych ciał niebieskich. Dlatego satelity najczęściej dokonują licznych korekt by utrzymywać się na swoich orbitach.

Prędkość orbitalna ma ten urok, że jest związana jedynie z odległością od Ziemi - im wyżej tym mniejsza prędkość wystarczy by utrzymać się na orbicie (aczkolwiek trzeba się tam wpierw znaleźć). Nie ważne co na niej umieścimy, ważne jaką prędkość nadamy temu czemuś. Wartym wspomnienia przypadkiem jest orbita geostacjonarna. Na wysokości 35 786 km nad równikiem prędkość orbitalna wynosi ciut ponad trzy kilometry na sekundę. Jej wyjątkowość polega na tym, że na tej orbicie okrążenie naszej planety trwa 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Czyli dokładnie tyle, ile trwa jeden obrót Ziemi. Dlatego satelity na tej orbicie wydają się tkwić nieruchomo w miejscu.

Nie będziemy wchodzić w dalsze szczegóły. Pierwszą część cyklu zakończymy na następującym podsumowaniu - wejście na orbitę nie polega na wzbiciu się odpowiednio wysoko. Kluczowe jest nadanie naszemu pojazdowi odpowiedniej prędkości horyzontalnej. Uczucie nieważkości porównywane jest ze spadaniem, bo to właśnie jest spadanie! W następnej części przyjrzymy się tyranii wzoru Ciołkowskiego.




poniedziałek, 11 stycznia 2021

Szczepionka mRNA rozkodowana

Trafiłem na tekst tak fajny, że po prostu musiałem przygotować dla Was jego syntezę. Jeśli jednak nie boicie się dłuższej lektury i języka angielskiego to możecie od razu sięgnąć do pierwotnego źródła:
Reverse Engineering the source code of the BioNTech/Pfizer SARS-CoV-2 Vaccine

W przeciwnym razie zapraszam do lektury. Będzie świetnym uzupełnieniem (albo ciągiem dalszym) dla notki Zderzenie dwóch kodów. Bert Hubert, którego tekst tak mnie zachwycił, nie jest genetykiem ani lekarzem, jest developerem i postanowił przeanalizować kod źródłowy szczepionek mRNA.

Szczepionka innego rodzaju

Wspomniany kod dostępny jest w całości na stronach WHO pod tym adresem, wraz z wdzięcznym rysunkiem który odtworzyłem na początku notki. Cały kod RNA liczy sobie 4284 liter, w tym 3824 litery stanowią instrukcję budowy kolca koronawirusa. To wypustki którymi przyczepia się on do naszych komórek, dzięki czemu następnie może zrobić nam krzywdę. To właśnie tym kolcom koronawirusy zawdzięczają swoją nazwę. Odporność przeciwko wirusowi polega na tym, że nasz organizm potrafi rozpoznać te kolce i atakuje pokryte nimi wirusy.

Przejdźmy do pierwszej ciekawej paraleli między genetyką i elektroniką. RNA można traktować jako odpowiednik pamięci RAM. Podobnie jak ulotna pamięć w komputerze, RNA jest bardzo delikatne i łatwo ulega rozpadowi (m.in. dlatego szczepionka Pfeizera/BioNTechu musi być przechowywana w tak niskiej temperaturze). DNA stanowi pamięć stałą, jest dużo bardziej trwałe, ale dostęp do kodu nie jest tak łatwy. Dlatego nasza komórkowa machina przepisuje pożądane fragmenty ukrytego w jądrze DNA na RNA, które poza jądrem komórkowym pozwala produkować odpowiednie białka.

Do tej pory szczepienia polegały na wstrzykiwaniu osłabionego lub nieaktywnego wirusa, by w bezpiecznych warunkach dać organizmowi okazję by nauczył się walczyć z wrogiem. W tym wypadku mRNA zawiera instrukcję budowy części samego wirusa (bez kapsydu i wirusowego RNA). Genialne w swojej prostocie, bo kolce są nieszkodliwe a pozwalają zbudować odporność. Co więcej produkcja szczepionki mRNA jest prostsza niż np używająca kurzych jajek i bakterii produkcja szczepionek na grypę.

Kod źródłowy

Na początku kodu znajduje się “cap” czyli “czapeczka” (jak zerkniecie w dokument WHO zobaczycie, że wręcz tak narysowano ten fragment). To raptem dwa nukleotydy (dwie literki kodu) G oraz A. Jest to symbol początkowy, konieczny by kod w ogóle mógł być wykonywany. W przypadku mRNA ten początek sygnalizuje komórce, że pochodzi on z jądra komórkowego (w tym wypadku jest to ściema).

Następnie 5’-UTR zwany końcem 5’, czyli początek (czy gdyby biolodzy nazwali to “końcówką 5 prim” byłoby mniej mylące?). To symbol początku właściwej treści kodu. Dla maszynerii komórkowej 5’-UTR znaczy “tu zacznij czytać” a znajdujący się pod koniec właściwej treści 3’-UTR (koniec 3’) oznacza “tu skończ czytać”. To “czytanie” nazywamy translacją, bo towarzyszy mu syntezowanie białka (znów po więcej mogę odesłać do notki Zderzenie dwóch kodów. Koniec 5’ to również miejsce na którym zaczepiają się rybosomy, czyli znajdujące się wewnątrz komórek “drukarki” białek.

Kolejna ciekawostka, którą można zobaczyć dopiero zerkając w sam kod jest obecność symbolu Ψ, który nie pasuje do znanych nam z RNA literek ACGU (w przypadku DNA ACGT). Ψ to pseudourydyna. Lata temu odkryto, że jeśli zastąpimy nią Uracyl w RNA, łatwiej takiemu RNA uniknąć naszego systemu immunologicznego.

Tu Bert Hubert dokonuje porównania z takim uszkodzeniem złośliwego kodu w oprogramowaniu, że zostaje on zignorowany przez firewall, ale jest wciąż dość sprawny, by wykonać swoje zadanie. Czy wirusy mogłyby również się wycwanić na tyle by używać Ψ? Nie. Raczej nie. Organizmy żywe, z tego co wiemy, nie potrafią wytwarzać pseudourydyny. Jako że wirusy używają naszych komórek by się reprodukować, nie bardzo jest możliwość by mogły jakoś umieścić pseudourydyny w swoim kodzie.

Przepis na wypustkę

Dotarliśmy do fragmentu kodu, który zawiera projekt kolców koronawirusa. Pod koniec stycznia 2020 dysponowaliśmy już całym kodem genetycznym 2019-nCoV. Znajduje się tam oczywiście projekt tego samego białka, jeśli by się mu przyjrzeć, zobaczymy że kod w szczepionce jest inny. I nie chodzi tylko o podmianę U na Ψ. W trójkach kodujących aminokwasy, gdzie tylko było to możliwe, twórcy szczepionki zamieniali Ψ/U na litery G lub C.

Istnieją 64 trzyliterowe kombinacje nukleotydów, ale jest tylko dwadzieścia aminokwasów. Wiele z nich można zakodować na kilka sposobów. Badania wykazały, że RNA w którym jest więcej literek G i C sprawniej produkują białka. Dlatego gdzie tylko się dało twórcy dokonywali takiej zmiany, aby ich szczepionka była bardziej wydajna.

To wciąż nie koniec zmian. W koronawirusie kolce są przyczepione do kapsydu. Jeśli nie są do niczego przyczepione białko zaczyna się źle składać, więc tak produkowane “swobodne” kolce powyginane nie dawałyby nam odporności na prawdziwego koronawirusa tylko na jakąś pokraczną wersję. W 2017 roku... Przy tej okazji warto przypomnieć - szczepionki mRNA nie wyskoczyły z kapelusza w 2020 roku, pracowano nad nimi od lat, ale dopiero w 2020 dostały potężny zastrzyk na badania. Wracając... W 2017 roku, badając między innymi wirusa MERS odkryto, że dodając prolinę (jeden z aminokwasów) w odpowiednim miejscu zapobiega się zapadnięciu kolca. Prolina to sztywny aminokwas więc zapewnia, że nasze komórki stworzą wierne kopie kolców 2019-nCoV.

Syntezuj. Tnij. Powtórz.

Na koniec, po końcu 3’ widzimy jeszcze fragment opisany jako poly(A). To tak zwana poliadenylacja, końcówka zawierajaca naprawdę dużo literek A. Dwadzieścia sześć potem coś i wreszcie jeszcze siedemdziesiąt. To bardzo ciekawy mechanizm. Ten ogonek koduje niejako “ilość powtórzeń” kodu. Coś jakby biologiczna pętla. mRNA może podlegać translacji wielokrotnie. Za każdym razem (po wyprodukowaniu każdego kolca) ten krzyczący ogonek zostaje przycięty i robi się coraz krótszy. Kiedy zostanie niemal całkowicie ścięty, mRNA ulega degradacji i podlega komórkowemu recyklingowi. Badania sugerują, że optymalna długość ogonka to 120 literek A, pewnie dlatego tu widzimy trzydzieści i po przerwie kolejnych siedemdziesiąt. Ta przerwa ponoć ułatwia sklejenie tak długich ogonków DNA.

Ufff… Fascynujące jak wiele wysiłku i owoców dekad nauki wydestylowano w postaci sekwencji literek, które spokojnie mieszczą się na dwóch stronach. Lepsze narzędzia, lepsze efekty. Oczywiście w powyższym tekście tylko drasnęliśmy wierzchołek góry lodowej. Nawet nie zająknąłem się o powłoczce lipidowej, która pozwala by delikatne mRNA mogło dotrzeć do naszych komórek ani o tysiącu innych rzeczy o których nie mam pojęcia.


PS. Wiem, wiem, translacja a nie synteza, ale chyba nie istnieje tryb rozkazujący czasownika od rzeczownika “translacja”.

PS2. Podcast trafił platformę Anchor.fm, pewnie będę wciąż wrzucał nagrania na Facebooka, YouTube - jeszcze do przemyślenia, bo na fanpage jednak i tak regularnie wrzucam materiały, YouTube stoi tylko i wyłącznie tymi nieregularnie powstającymi nagraniami.





sobota, 2 stycznia 2021

Podsumowanie Węglowego 2020

Żeby zwiększyć szansę na to, że dopnę swego postanowienia na 2020 sformułowałem je dwojako - albo co najmniej 1000 znaków dziennie, albo 365 000 znaków w ciągu 2020. Gdybym pozostał przy pierwszym wariancie poniósłbym sromotną klęskę. Pisać udało mi się tylko w 93 dniach minionego roku. Mimo to napisałem 374 tysiące znaków. Gdybym wymagał od siebie spełnienia obu, kryteriów, gdyby dodać po tysiącu znaków za każdy pominięty dzień byłoby bliżej 650 tysięcy znaków...

Efekt? Od pięciu lat na blogu nie było tak wielu wpisów. I tu szybka wzmianka - nie zabrakło kreatywnej księgowości. Zliczałem nie tylko testy na bloga ale też inne dłuższe pisaniny. Choć blog był wyjątkowo aktywny a liczba śledzących Węglowego wciąż konsekwentnie rośnie, poczytność notek wypada różnie. Pocieszyła mnie jednak dokładniejsza analiza. Śmieszne obrazki zbierają setki lajków, posty o nowych notkach czasem mniej niż pięćdziesiąt. A mimo to zgarniają po kilka tysięcy wejść, nawet te które zdobyły dziesiątki tysięcy wejść nie zawsze zebrały choćby sto polubień.

Wszystko wskazuje na to, że FB wciąż mocno tnie zasięgi linków do bloga, więc pewnie będę kombinował jakby tu informować o notkach atrakcyjnymi postami i linkować do nich w komentarzach. Jednymi z najlepiej radzących sobie materiałów były te publikowane bezpośrednio na fanpage. Ponad dwudziestotysięczny zasięg zdobyła przeróbka okropnego plakatu filmu “Skłodowska”. Pięćdziesięciopięciotysięczny zasięg zyskała grafika i wpis walczące z pierdołami o 5G i nowotworach.

Jednak to przeróbka grafiki z raportu “Missing Link to a Livable Climate” rozbroiła konkurencję, z zasięgiem niemal stu czterdziestu tysięcy. Jak widzicie jest tu motyw wspólny - walka z radiofobią. Nie sądzę raczej, żebym porzucił publikowanie na blogu na rzecz fejsika.

Spory fejsogenny ruch wywołał post wspierający strajk kobiet oraz dwie notki krytykujące instytucje edukacyjne. Konkretnie - Skandaliczny skrypt “biologii medycznej” łódzkiego UM oraz piętnujący głupoty MEN tyczące się zmian klimatycznych.

Na blogu królowały następujące notki:
Neuralink - podsumowanie prezentacji 2020 - Moc newsa. Tekst pisany praktycznie na żywo, zgaduję, że mógł być pierwszym polskojęzycznym podsumowaniem tej konferencji, więc nie dziwi, że ten wpis był bezkonkurencyjny. Myślę jednak, że jeśli jesteście ciekawi neuralinka to myślę, że tekst Neuralink zmieni wszystko jest znacznie bardziej wartościowy.
Koronawirus a mydło - Warto czasem popełnić błąd i sobie go uświadomić. Dlatego nie skasowałem a jedynie przekreśliłem fragment poświęcony maseczkom. Poza tym fajnie, że tekst, który prosto tłumaczy dlaczego coś tak prostego jak mycie rąk może być tak skuteczne.
Kataklizm jakiego Ziemia nie widziała - egzoplanety to mój konik więc bardzo mnie cieszy, że ta notka zdobyła taką popularność.
Silnik z krążącą detonacją - Z tego też jestem dość dumny, bo chyba udało mi się przystępnie wyjaśnić coś nietrywialnego. Tak się złożyło, że dość późno się wkręciłem w temat rakiet, zawsze interesowało mnie bardziej to co wynosiły w kosmos i gdzie latały. Możliwe, że w przyszłości temat silników pojawi się częściej.
Dwa księżyce, jedna orbita - Są takie dwa księżyce Saturna, które dzielą jedną orbitę w niezwykle ciekawym, złożonym “tańcu”.

Podsunę Wam też kilka mniej popularnych tekstów, które zasługują na uwagę.
> Kwantowy kocyk - czemu gaz jest cieplarniany - dlaczego jedne gazy są określane mianem cieplarnianych a inne nie? Trochę szkolnej wiedzy, trochę fizyki kwantowej a zrozumiemy podwaliny najważniejszego procesu jaki rozgrywa się obecnie na Ziemi.
> Hydroponika, rolnictwo bezglebowe, rolnictwo wertykalne - czas pokaże czy ta forma produkcji żywności zatriumfuje. Tekst polecam bo to chyba najbardziej pracowicie szykowany tekst w 2020 roku. A jednocześnie poświęcony jest mało znanemu u nas tematowi.
> Planeta X i drobne wątpliwości - to był również bardzo skrupulatnie przygotowywany tekst. Co miłe doprowadził mnie nawet do krótkiej wymiany zdań Konstantinem Batyginem, więc ten okropny Tweeter ma jakieś zalety. Punktem wyjścia były wątpliwości co do hipotezy istnienia nieznanej jeszcze, dużej planety w układzie słonecznym. W praktyce jednak artykuł raczej podkreśla dlaczego jej istnienie jest mocno prawdopodobne. No i że jeśli istnieje to do jej odkrycia nie zostało już wiele czasu.
> Temperatura mokrego termometru - termin, który warto poznać by zrozumieć zagrożenia jakie niosą zmiany klimatyczne. Dlaczego pewne regiony planety mogą wkrótce stać się zabójcze dla ludzi.
> Zderzenie dwóch kodów - artykuł z połowy grudnia, gdzie wyjaśniam fascynujący proces zwijania białek, oraz to dlaczego przewidywanie ich kształtu na podstawie kodu DNA jest tak trudne i tak ważne dla nauki zarazem.
> Węglowy o atomie - wreszcie spisałem zbiorczo kluczowe zagadnienia dotyczące energetyki jądrowej, wyjaśniając dlaczego nie warto się jej bać i dlaczego jest realnym i gotowym do zastosowania rozwiązaniem (częściowym, acz kluczowym) katastrofy klimatycznej.

Ponadto zacząłem eksperymentować z podcastem - trzy pierwsze rozmowy znajdziecie tutaj lub tutaj. Już mam pewne pomysły jak zmienić formułę na bardziej strawną. Każdorazowo próbuję pamiętać o dykcji, ale szybko wciągam się w rozmowy. Szczególnie w tym obszarze wszelkie uwagi i sugestie są mile widziane.

Waham czy podsumowywać ten 2020 rok jako taki. Z jego tragediami, postępującym negowaniem nauki i kilkoma wspaniałymi przełomami… Zobaczymy jak dopisze wena. Tymczasem dziękuję że jesteście i czytacie Węglowego. Dołożę starań, żeby dalej dostarczać ciekawych i solidnych treści.



piątek, 18 grudnia 2020

Zderzenie dwóch kodów

Pomyśl przez chwilę o całej różnorodności życia na Ziemi. Wiewiórka, kukurydza, pantofelek, pieczarka, ośmiornica, dziobak, arbuz, niesporczak, sekwoja… wszystkie te formy łączy ten sam kod źródłowy. DNA “programuje” życie. Ikoniczna spirala DNA jest nośnikiem informacji genetycznej w postaci sekwencji zasad, które łączą dwa zwinięte wokół siebie łańcuchy. Dlatego do zastosowań praktycznych można zapisywać ten kod jako GAATTC - ciąg liter pochodzących od nazw tych zasad...

Powinienem wspomnieć, że dzisiejsza notka będzie pełna ogromnych uproszczeń. No więc wspominam. Pewnie do każdego zdania można będzie tu dodać “tak, ale” albo “w pewnych przypadkach”, czy oczywiście “to bardziej skomplikowane, a ludzie spędzają nad tym całe życie”.

Wracając do uproszczeń. Na podstawie tego kodu komórki budują ciągi aminokwasów. Konkretnie jest to kod trójkowy - trzy literki DNA kodują jeden aminokwas. Genetyczny alfabet zawiera cztery litery (zasady), więc mamy 4 x 4 x 4 = 64 kombinacje. Jednakże kodują one tylko dwadzieścia jeden aminokwasów, bo niektóre trójki kodują te same aminokwasy (na przykład leucynę można zakodować na sześć sposobów), jest też kilka trójek, które nie kodują aminokwasów, ale są znakiem końca danego łańcucha, bo jak wspomniałem - komórki budują ciągi tych aminokwasów. A następnie robi się ciekawie…

Kod ten jest uniwersalny dla wszystkich organizmów żywych. Te same aminokwasy w dziobaku, orzęsku i pomidorze. Jednak liczba i kolejność daje niemal nieskończoną liczbę możliwości. Można powiedzieć, że wyglądają jak ciąg koralików, z jednej strony podobnych, ale różniących się “dyndającą” częścią, czyli tak zwanym łańcuchem bocznym. Mają one różne kształty geometryczne i właściwości - na przykład polarność, ładunek dodatki, ładunek ujemny… Wiem miało być ciekawie a nie skomplikowanie, no więc teraz dochodzimy do ciekawej części.

Taki sznurek aminokwasów, który może mieć setki tysiące a nawet dziesiątki tysięcy “ogniw”, po zejściu z taśmy produkcyjnej zaczyna się zwijać, składać i skręcać. Staje się białkiem. Białka to podstawowy budulec życia na tej planecie. Odpowiadają za ruch naszych mięśni, sprawiają, że nasze oczy widzą światło, błony komórek przepompowują chemikalia w odpowiednich kierunkach, pozwalają naszej krwi transportować tlen… Mogą robić to wszystko, bo przyjmują odpowiednie kształty. Bo plusy i minusy się przyciągają, bo taki a nie inny kształt “ogonka” aminokwasu sprawia że układa się w daną stronę, albo blokuje zgięcie innego fragmentu.

Białka są takimi zwitkami takich sprężynek i tasiemek. W jednych odpowiednie atomy ustawione “na zewnątrz” mogą wiązać pewne związki chemiczne lub rozbijać inne. W innych białkach sam kształt zapewnia pewną giętkość i umożliwia mechaniczną pracę. Na tym poziomie biologia spotyka fizykę i chemię. W tym miejscu możecie przypomnieć sobie notkę Kwantowy kocyk. Mówię w niej między innymi o tym, że wiązania między atomami nie są sztywne, że bliżej im do sprężynek.

I tu tkwi ogromny problem jaki stał przed naukami biologicznymi. Od przeszło pół wieku wiadomo było że podwójna spirala DNA koduje pojedynczą nić RNA a ta z kolei koduje ciągi aminokwasów, czyli białka. Wiedzieliśmy zatem, że DNA jednoznacznie mówi jakie aminokwasy następują po sobie, a zatem jakie białka tworzy. Wiedzieliśmy, że z DNA potencjalnie można odczytać kształt życia. Niestety proces tego zwijania jest obłędnie skomplikowany i trudny do przewidzenia. Sama świadomość jakie atomy i jak połączone wchodzą w skład białka to za mało. Wibrujące, sprężynujące atomy obijające się o siebie i o wszędobylskie w komórkach cząsteczki wody sprawiały, że łamały sobie na nich zęby tęgie umysły uzbrojone w najtęższe komputery.

Ładnych parę lat temu miałem dziwne hobby. Czytanie scenariuszy z tak zwanej “Czarnej listy”. Było to nieoficjalne doroczne zestawienie najlepszych, niezrealizowanych scenariuszy filmowych w Hollywood. Było tam sporo perełek, ja sięgałem oczywiście głównie po fantastykę1. Muszę powiedzieć, że oprócz przyjemnej lektury, był w tym pierwiastek masochizmu, a przynajmniej nutka goryczy. Po pierwsze, przykro mieć świadomość, jak dobre scenariusze i pomysły trafiają gdzieś na półkę by zbierać kurz. Po drugie przykro było w kilku przypadkach widzieć jak dobre scenariusze i pomysły przemielone przez bezlitosną machinę hollywood stają się okropnymi filmami. Choć nie jest to regułą.

Wśród lektur, jedną z moich ulubionych był Shadow 19. Było tam takie urządzenie, symulator biologiczny. Sonda wysłana na obcą planetę pobierała próbki DNA tamtejszych form życia i przesyłała je na Ziemię. Symulator na podstawie samego kodu DNA ekstrapolował wygląd obcych istot. Domyślam się, że dla większości brzmi to absurdalnie, jak kolejny hurraoptymistyczny wymysł ze starych Star Treków. A jednak zaryzykuję stwierdzenie, że nie jest to całkiem niemożliwe, tylko bardzo, bardzo, bardzo, bardzo trudne. Jasne, dobrze wiemy, że organizmy kształtuje nie tylko DNA, że czynników jest więcej, wpływają na ekspresję genów w tymże kodzie, że istnieje epigenetyka i niezliczone czynniki środowiskowe. Mimo to, odpowiednio potężny komputer w przyszłości, mógłby pewnie zaskoczyć niejednego sceptyka.

I możliwe, że w roku 2020 zbliżyliśmy się do takiej właśnie filmowej fantastyki naukowej. Stworzony przez DeepMind program AlphaFold 2 całkowicie zdeklasował konkurencję w odbywającej się co dwa lata rywalizacji CASP (Critical Assessment of protein Structure Prediction). Obok możecie zobaczyć jak wygląda jego wynik na tle konkurencji. Co więcej przewidział on kształt dwóch trzecich białek z ponad dziewięćdziesięcioprocentową dokładnością. W związku z tym powszechnie mówi się, że problem składania białek został właśnie rozwiązany. Dlatego nagłówki głośno mówiły “sztuczna inteligencja rozwiązała 50 letni problem w biologii”.

Wiecie jak to z reguły bywa, gdy media rozdmuchują pewne nowinki. Tym razem, myślę, że z perspektywy lat mamy szansę przekonać się, że ten przełom był wart każdego okrzyku zachwytu i głośnego nagłówka. Myślę, że są duże szanse, że pierwszy Nobel zdobyty przy pomocy technik uczenia maszynowego, zostanie przyznany w dziedzinie medycyny.

Rozgryzając tak fundamentalny aspekt biologii otwieramy drogę do niezliczonej ilości zastosowań. Lepiej zrozumiemy funkcje genów, zrozumiemy choroby, które są skutkiem źle składających się białek, przekujemy tą wiedzę na terapie, leki, opracujemy białka, które tępią szkodniki lub chronią plony rolnicze, będziemy mogli tworzyć biologiczne nanomaszyny, nowe klasy materiałów, samoorganizujących się struktur zdumiewających właściwościach, medycyna będzie bardziej spersonalizowana, bezpieczna, wycelowana precyzyjnie w dolegliwości… Powstanie też szereg innych, niemożliwych jeszcze do przewidzenia zastosowań.

Oczywiście, jeszcze długa droga przed nami. Dwie trzecie białek to nie trzy trzecie. Dziewięćdziesiąt procent to nie sto procent. Ale to kolejny krok by genetyka stała się technologią informatyczną. A wtedy będzie mieć potencjał do wykładniczego rozwoju. Zastosowania będą niemal nieograniczone.

Jeśli jeszcze jej nie znacie, to warto zapamiętać nazwę firmy DeepMind, która stworzyła AlphaFold. Wcześniej to oni stworzyli AlphaGo, który pokonał najlepszego gracza w Go. Na sieciach neuronowych się nie znam, ale spece mówią, że AlphaFold 2 opiera się na “Transformersach”, które kilka lat temu odmieniły tą dziedzinę. Udało mi się tylko dowiedzieć, że dzięki nim programy nie operują na danych sekwencyjnie (od początku do końca) tylko mocno równolegle. To na pewno pomaga, biorąc pod uwagę, że możliwości złożeń białek jest więcej niż atomów w widzialnym wszechświecie i ciężko byłoby je analizować po kolei.



1 - Jako ciekawostkę mogę powiedzieć, że czytałem wczesne wersje “Edge of tomorrow”, “Source Code”, “Carnival Row”, “Interstellar”, “Arrival”, “Transcendence” i “Lockout”. Większość sprawdzała się lepiej lub ciekawiej na papierze.

Źródła, a może raczej materiały uzupełniające:
The protein folding problem - Ken Dill (warto obejrzeć, film sprzed siedmiu lat)
Genetic Engineering Will Change Everything
DeepMind solves protein folding | AlphaFold 2
Wpis Konrada Klepackiego
Neuralink zmieni wszystko
Wyniki CASP 2020
‘It will change everything’ - artykuł w Nature


czwartek, 10 grudnia 2020

Ostatni lot SN8

“Mars, here we come!!” zatweetował Elon Musk tuż po spektakularnym locie SN8. I słusznie. To nie był sukces - to było całe pasmo sukcesów. Warto było czatować przez dwa dni na ten lot. Emocji była cała masa, były niespodzianki, było widowisko.

Starship jest ogromny, jak ~dwunastopiętrowy budynek. Więc gdy wznosił się, gdy opadał wydało się, że jego cielsko porusza się powoli choć tak nie było. Ale po kolei. Już w we wtorek było ciekawie, gdy start odwołał komputer pokładowy dokładnie na sekundę przed startem, ale mieliśmy próbkę jak będzie wyglądać stream SpaceX - trzy kamery, jedna ustawiona na silniki, jedna na powierzchni, skierowana w dół i jedna skierowana na sam prototyp SN8. To była zapowiedź, że jak już poleci, to będzie to ładnie zaprezentowane.

Kolejne wrażenia zapewniła jakaś awionetka, która naruszyła przestrzeń powietrzną testu i opóźniła go o godzinę. Ze względu na ograniczone okno czasowe było wiadomo, że albo teraz albo innego dnia. I poleciał. Wznoszenie trwało cztery i pół minuty, Falcon 9, osiąga podobny pułap w minutę, grzejąc z pełną mocą dziewięciu silników. Tu jednak mieliśmy do czynienia z prototypem, który nie miał osiągać dużej prędkości, zamiast tego wyłączał kolejne silniki i pięknie radził sobie z balansowaniem tym cielskiem przy niesymetrycznym układzie silników.

Kolejnym sukcesem były niemal dwie minuty opadania, gdy Starship ułożył się poziomo i manewrował za pomocą “skrzydełek” sterowanych elektryką i bateriami Tesli. Wreszcie nastąpił etap, gdy najmocniej spodziewałem się widowiskowej kraksy - “belly flop”. Gwałtowny manewr poderwania SN8 do pionu. Ponowny zapłon silników, zmiana orientacji poszła sprawnie, ale ciśnienie w “header tanks” było za niskie. Wspomniane “dziobowe zbiorniki” to niewielkie, kuliste zbiorniki, które mają umożliwić ponowny zapłon silników. To dzięki temu, że gdy w ogromnych głównych zbiornikach resztki paliwa mogą się rozchlapywać, w tych mniejszych paliwo i utleniacz powinny być łatwo dostępne.

Tu niestety nie wszystko było idealnie, dlatego choć odpaliły dwa silniki, to jeden szybko zgasł, drugi natomiast zaczął emitować piękny, zielony płomień. Wynika to z nadmiaru tlenu, który zaczął topić miedź wewnątrz silnika. Za niskie ciśnienie w header tanku z paliwem sprawiło, że mieszanka była zbyt bogata w tlen, więc ten piękny ogień był oznaką, że silnik właśnie ulega zniszczeniu. Ale trzy sekundy później, pozbawiony odpowiedniego ciągu SN8 grzmotnął gwałtownie w stanowisko lądowe.

Lot zakończyła widowiskowa eksplozja, dokładnie tam gdzie wycelowali. Na betonowej płycie został w zasadzie sam nosek. Brawa dla SpaceX, czekamy na kolejne testy, ale ten przejdzie do historii jako wielki sukces.

Oficjalny stream SpaceX
Wycięty sam moment lotu


niedziela, 6 grudnia 2020

Próbki z Księżyca w drodze na Ziemię

Goście, goście. Wczoraj na Ziemi wylądowały próbki asteroidy 162173 Ryugu. To zwieńczenie misji japońskiej Hayabusa2. Wystrzelona w 2014 roku sonda zgarnęła próbki w 2018 roku i właśnie udało się je odzyskać. Tymczasem 23 listopada tego roku Chińczycy wysłali na Księżyc sondę Chang’e 5, ta również zbliża się do miejmy nadzieję udanego finału.

Mamy już za sobą kluczowe i najtrudniejsze etapy misji. Tydzień po starcie sonda zaparkowała na orbicie okołoksiężycowej. Lądownik wraz z modułem wznoszącym siadły na Srebrnym Globie dokładnie pierwszego grudnia. Pobrał tam około dwóch kilogramów próbek i to nie z powierzchni, ale z głębokości aż dwóch metrów. Lokacja, Mons Rümker, to stosunkowo młoda część powierzchni Księżyca, szacowana na “zaledwie” 1,2 miliarda lat. To pierwsze próbki od ponad czterdziestu lat. Te sprowadzone na Ziemię przez program Apollo liczą sobie od 3,1 do 4,5 miliardów lat. Dodatkowo materiał pobrany z głębokości dwóch metrów powinien być lepiej zachowany niż nieustannie bombardowana promieniowaniem, pyłem i mikro (i makro) meteorytami powierzchnia.

Trzeciego grudnia moduł wznoszący pomknął na orbitę, gdzie piątego grudnia połączył się z orbiterem, który stanowi również pojazd powrotny. Tego samego dnia próbki zostały przetransferowane do orbitera. Dziś przed szóstą rano naszego czasu doszło do odłączenia modułu wznoszącego i orbiter ruszył w drogę powrotną na Ziemię.

Oczywiście nic nie jest przesądzone, ale zdecydowanie można mówić o sukcesie. Najtrudniejsze etapy misji poszły dobrze i można się spodziewać, że 16 grudnia na Ziemi zawitają pierwsze kawałki Księżyca od czterech dekad.

Źródełka:
Wikipedia - Chang'e 5
Orbiter-returner combination of Chang'e-5 separates from ascender