„Věda bývá frustrující, není pro každého“

05.05.2021

Projekt založený na pokusech vynesených balónem do stratosféry se může stát odrazovým můstkem k mnohem smělejším vědeckým počinům. „Budujeme zázemí pro větší a vzdálenější cíle, jaké představují nízká oběžná dráha, vesmírná stanice nebo planeta Mars,“ je přesvědčen Dr. Lukáš Nejdl, vedoucí laboratoře bioanalýzy a zobrazování Ústavu chemie a biochemie Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

Vaším úkolem je připravit pro stratosférický projekt fotochemické experimenty. V čem spočívají?

Jsou to chemické reakce, které lze vyvolat a řídit pomocí světla, tedy elektromagnetického vlnění. V našem případě se jedná o směs reaktantů (prekurzorů) obsahující ionty kovů a thiolové skupiny. Tato směs po ozáření ultrafialovým světlem začne reagovat za vzniku nanočástic – kvantových teček – o velikosti přibližně 2 až 8 nanometrů. Obecně platí, že kvantové tečky mají unikátní fluorescenční vlastnosti, jež lze studovat běžnou spektroskopickou instrumentací.

Je těžké nachystat pokus, který poletí do stratosféry? Co to obnáší?

Záleží, jakou „optikou“ se na to díváme.  Z mého pohledu chemika to moc složité není. Stačí smíchat pár „vodiček“, v laboratoři ověřit, že to funguje, a je to! (úsměv) Na druhou stranu, člověk musí mít nápad, co a proč smíchat. Také musí být schopný svůj návrh experimentu obhájit. Tedy vědět, k čemu je to dobré, dát experimentu ten správný příběh. A to už není jenom tak. Navíc vše musí probíhat v součinnosti s konstruktérem a programátorem, kteří zajištují všechna potřebná data o nadmořské výšce, radiačních podmínkách, teplotě a podobně. Bez těchto údajů i sebelepší experiment bude k ničemu.

Čeho chcete svými pokusy dosáhnout?

Obecně se snažím prokázat, že na rané Zemi zhruba před 4 miliardami let vlivem různých fyzikálně-chemických stimulů, jakými byly teplota, ultrafialové záření, impakty těles a jiné, vznikaly nanočástice o různých katalytických (nanozymatických) vlastnostech. Nanočástice podle mého názoru mohly v první fázi chemické evoluce katalyzovat důležité reakce vedoucí k tvorbě základních bloků života – nukleobází a aminokyselin. V další fázi mohly sehrávat roli nanozymů. To znamená, že napodobovaly funkci dnešních enzymů a elektronových transportních řetězců. Stratosférické experimenty poskytují možnost alespoň zčásti napodobit podmínky na rané Zemi. Jedná se zvláště o dynamickou změnu teploty až přibližně k -60° C, významně se mění i radiační podmínky. S přibývající nadmořskou výškou a v důsledku úbytku ozonové vrstvy roste intenzita takzvaného tvrdého ultrafialového záření, označovaného zkratkou UV-C.

Jaký to bude mít praktický význam?

Opět záleží, jak na danou věc budeme pohlížet. Jednou z mnoha otázek vzniku života je, jak první biomolekuly byly, nebo mohly být, chráněny před škodlivým ultrafialovým zářením. Naše nejnovější data naznačují, že právě reakce vedoucí k tvorbě kvantových teček se mohly podílet i na ochraně prvních biomolekul. Jednoduše řečeno, škodlivá energie ultrafialového záření je využita k vytvoření kvantových teček. I samotné kvantové tečky efektivně absorbují ultrafialové záření, mohou tedy vytvořit „UV štít“. Navíc energii ultrafialového záření lze pomocí kvantových teček přeměnit na energii chemickou, a tu dále využít. Význam tedy spočívá v pochopení nových mechanismů, jež na rané Zemi mohly vést ke vzniku nebo udržení prvního života.

A ten praktický význam?

Tkví v tom, že získané poznatky můžeme použít například pro zefektivnění pěstování řas v extrémních podmínkách. Hodně se teď přemýšlí, co by se dalo pěstovat na Marsu, až ho lidé kolonizují. A právě mechanismy, které studujeme, by mohly významně pomoci při tomto marsovském „zahradničení“. Řasy v bioreaktoru na Marsu by díky tomuto výzkumu mohly přežít škodlivé záření, a navíc ho i efektivněji využít pro tvorbu biomasy, kterou lze následně přeměnit na jídlo nebo palivo.

Už jste na obdobném úkolu někdy pracoval?

Poprvé to bylo během mého doktorského studia někdy před osmi lety. Tehdy jsem se poprvé setkal s Liborem Lenžou. Měl černé gumáky, foťák na krku a pořád všechno komentoval. (smích) Jsem moc rád, že nám spolupráce vydržela až do současnosti a že se Libor stal nedílnou součásti také našeho ústavu.

Je příprava takového pokusu rutina, nebo se člověk musí neustále soustředit?

Myslím, že z malé části to rutina bude, ale to podstatné určitě ne. Člověk se vlastně neustále učí, snaží se postupy zdokonalovat, ať se jedná o návrh experimentu, hardware nebo software. Obrovský pokrok udělali kolegové z bratislavské firmy Spacemanic – díky nim můžeme používat technologie, které se reálně využívají pro konstrukci takzvaných nanosatelitů typu CubeSat. Kolegové Jan Zítka a Jan Šílený vytvořili neuvěřitelnou dvojici, která dokáže na 3D tiskárně vyrobit doslova cokoliv, následně to osadit elektronikou, naprogramovat, otestovat a vyladit. Všechno, co jsem teď popsal, je neuvěřitelně dynamické a vyžaduje součinnost každého člena týmu.

Co když se přesto něco nepodaří?

Že se ve vědě něco nepodaří, je naprosto běžné. Ono se totiž spíše nedaří, než daří. Věda bývá hodně frustrující, a proto asi není pro každého. Experimenty, které budou vypuštěny na stratosférickém balónu, jsou na sobě nezávislé. Takže i kdyby se něco pokazilo, nějaká data určitě zůstanou. Extrémní situace by mohla nastat, kdyby balón například přistál uprostřed vodní plochy anebo se dostal daleko za hranice Slovenska. V takovém případě by to bylo velké zklamání, ale nic horšího by se nestalo. Podle mě je mnohem cennější synergická práce akademiků, firem a organizací. V našem případě se jedná o Mendelovu univerzitu v Brně, zmíněnou firmu Spacemanic a Hvězdárnu Valašské Meziříčí.

Neláká vás vzlétnout také a provést svůj experiment ve vesmírné laboratoři?

Já určitě už nikam nepoletím, ale kdyby byla možnost fyzicky se do vesmíru podívat, určitě bych toho využil. (úsměv) Pokud jde o experimenty, přál bych si, aby se do vesmíru dostaly. Například naše laboratoř je členem konsorcia ARIEL. Jeho vesmírná mise, která odstartuje v roce 2028, bude pozorovat přibližně 1 tisíc exoplanet s cílem monitorovat chemické složení atmosfér, teploty a podobně. Kromě toho se podílíme na ambiciózním projektu české družice SLAVIA (Space Laboratory for Advanced Variable Instruments and Applications). V blízké době se bude rozhodovat, jestli poletí nebo ne. Máme také v plánu rozšířit spolupráci s brněnskou firmou SAB Aerospace. Příležitosti, jak experiment dostat do vesmíru, se určitě nabízejí. Jen je potřeba umět je využít, to znamená být konkurenceschopní. Balónové experimenty tomuto úsilí významně napomáhají. Prostřednictvím těchto projektů a společných publikací lze doložit schopnost funkční spolupráce, což je pro větší a ambicióznější projekty nezbytné.

Pokud vás daná problematika zajímá, klikněte na:

https://ucb.af.mendelu.cz/veda-a-vyzkum/vyzkumna-skupina-bioanalyzy-a-genoveho-inzenyrstvi/laborator-bioanalyzy-a-zobrazovani/

https://www.confer.cz/nanocon/2020/3723-nanoparticle-based-world-origin-of-life-theory