Vánoční speciál 2014: sváteční objevy a vynálezy

Vánoce se neslaví všude úplně stejně. Zatímco u nás je nejdůležitější Štědrý den, tak třeba v anglosaských zemích je hlavní vánoční svátek o den později. Definujme si tedy Vánoce pokud možno pružně a řekněme si, co se ve vědě odehrálo 24. až 26. prosince.

24. prosinec – Štědrý den

Angličtí chemici William Wollaston a Smithson Tennant si v roce 1800 pořídili skutečně originální vánoční dárek. Od jednoho londýnského obchodníka koupili asi 170 kilogramů platiny pocházející ze španělských kolonií v Jižní Americe.

Tehdy už se vědělo, že přírodní platina obsahuje malé množství nečistot. Oba vědci se pustili do analýzy těchto příměsí. A byl to hodně plodný výzkum! Wollaston díky němu objevil prvky palladium (v roce 1802) a rhodium (v roce 1804). Nezahálel ani Tennant, který roku 1803 objevil další dva prvky ze skupiny platinových kovů – osmium a iridium.

I česká věda má svůj štědrovečerní příběh. Chemika Otto Wichterleho asi znáte jako vynálezce prvních prakticky použitelných měkkých kontaktních čoček. Ty se vyrábějí ze speciálních polymerů dobře přijímajících vodu. Profesor Wichterle a jeho kolegové experimentovali s těmito látkami už od 50. let 20. století. V letech 1958–1959 se jim podařilo připravit kontaktní čočky, které úspěšně otestovali na dobrovolnících a pacientech. Narazili ovšem na velké problémy s technologií výroby. Polymery odlévali ve dvoudílných formách a výsledné čočky měly nepravidelné okraje, jež drážily oko. Okraje bylo možné zbrousit, to však bylo pracné a zdlouhavé. Nezdálo se, že by výzkum mohl vést k průmyslově využitelnému výrobnímu postupu – a proto byl po několika letech zastaven.

Před Vánoci roku 1961 se ovšem Otto Wichterle rozhodl otestovat netradiční nápad. Šlo by čočky odlévat v rotujících skleněných mističkách? Odstředivá síla by přece mohla vytvořit dokonalý vypouklý tvar! Pan profesor vzal dětskou technickou stavebnici Merkur, doplnil ji o pár dalších součástek a zkonstruoval jednoduchý „stroj na čočky“.

Ve své vzpomínkové knize píše: „Den před Štědrým dnem jsem si doma z této stavebnice sestavil prvý prototyp odlévacího zařízení, ve kterém jsem jako náhon použil dynamo z jízdního kola našich kluků. (…) Na Štědrý den odpoledne jsem merkurovou aparaturu uvedl do chodu a odlil prvé čtyři čočky s velice pravidelným okrajem. Až do večera a přes noc jsem je vymýval ve slané vodě a hned ráno jsem s nimi odjel na 2. oční kliniku, kde měl Dr. Dreifus na Boží hod službu. Šli jsme s nimi hned k několika ležícím pacientům. Čočky, které jim byly na nezavázané zdravé oko nasazeny, je vůbec nedráždily…“

Podle patentů na tuto technologii se pak začaly vyrábět měkké kontaktní čočky na celém světě. Až si příště nasadíte ty svoje, vzpomeňte si, že jde o vánoční dárek od velkého českého vědce.

Chystáte se o Vánocích někam jet? Ať už vyrazíte na hory, nebo za vánoční atmosférou některého evropského velkoměsta, těžko překonáte „výlet“ tří Američanů z roku 1968. Dvacátého prvního prosince tohoto roku totiž odstartovala z floridského mysu Canaveral vesmírná mise Apollo 8, součást amerického programu letů na Měsíc. Úkolem posádky ve složení Frank Borman, Jim Lovell a William Anders bylo dostat se k našemu vesmírnému souputníkovi, několikrát ho obletět a vrátit se na Zemi.

Na Štědrý den 1968 dorazilo Apollo 8 k Měsíci a přešlo na oběžnou dráhu kolem něj. Tři američtí astronauti se tak stali prvními lidmi v historii, kteří obletěli Měsíc a na vlastní oči spatřili jeho odvrácenou stranu, jež není vidět ze Země. Celá kosmická výprava skončila 27. prosince, kdy modul s posádkou přistál ve vodách Tichého oceánu. Úspěch mise byl klíčovým krokem v programu Apollo a připravil cestu k přistání člověka na Měsíci v červenci 1969.

25. prosinec – Boží hod vánoční

Hormony jsou látky vytvářené organismem a regulující jeho fyziologické funkce. Dnes se o nich učí už děti na základní škole. Na začátku 20. století o nich ovšem vědci nevěděli ještě skoro nic. K průkopníkům výzkumu tehdy patřil Američan Edward Kendall. Věnoval se hormonům štítné žlázy a 25. prosince 1914 se mu podařilo izolovat jeden z nich – thyroxin.

Pomohla mu náhoda (která ovšem, jak víme, přeje hlavně připraveným). Podle svého životopisce usnul v laboratoři, když odpařoval ethanol z extraktu vyrobeného z prasečí štítné žlázy. Neplánovaně mu tak vznikla „bílá krusta“, jež mu posloužila jako výchozí materiál pro krystalizaci čistého thyroxinu.

Kendall se pak snažil odhalit chemickou strukturu tohoto hormonu, ale neúspěšně. Na vzorec thyroxinu i na postup pro jeho syntézu přišel až britský chemik Charles Harington v roce 1926. Kendall však na hormony naštěstí nezanevřel a v roce 1950 získal Nobelovu cenu za studium hormonů z kůry nadledvinek.

Ke 25. prosinci se váže ještě jeden biologický objev. Týká se takzvaných telomer – speciálních úseků DNA na koncích chromozomů. Telomery jsou přítomné u většiny organismů s buněčným jádrem. Chrání chromozomy před poškozením, před nežádoucím napojením na jiné chromozomy a také před postupným zkracováním. Při „kopírování“ genetické informace, které předchází buněčnému dělení, vznikají z jedné molekuly DNA dvě totožné kopie. Příslušné enzymy ovšem nedokážou „zkopírovat“ řetězce DNA až úplně do konce, proto by se chromozomy bez telomer s každým dělením buněk o kousek zkrátily. Místo toho se zkracují jen telomery, které se mohou podle potřeby zase prodloužit.

Jak se ale telomery prodlužují? Americko-australská bioložka Elizabeth Blackburnová a její americká studentka Carol Greiderová v 80. letech minulého století zkoumaly, zda za to není zodpovědný nějaký enzym. První úspěch přišel 25. prosince 1984 – Greiderová tehdy poprvé zpozorovala správnou enzymovou aktivitu v buněčném extraktu. Obě vědkyně pak izolovaly čistý enzym, který pojmenovaly telomeráza.

Díky telomeráze jsou tedy naše chromozomy v bezpečí. Naopak její nesprávná funkce je spojována se stárnutím buněk, rakovinou a některými dědičnými chorobami. Vánoce strávené v laboratoři se Carol Greiderové bohatě vyplatily. Společně s Elizabeth Blackburnovou a Američanem Jackem Szostakem dostala za výzkum telomer a telomerázy v roce 2009 Nobelovu cenu.

26. prosinec – svátek svatého Štěpána

Druhý svátek vánoční je památný den hlavně pro chemiky, protože na Štěpána zaplnili další políčko v periodické tabulce prvků. Slavná Marie Skłodowska-Curie a její vědecky neméně zdatný manžel Pierre Curie studovali na konci 19. století radioaktivní látky obsažené v minerálu uraninitu (smolinci), který získali z českého Jáchymova.

Roku 1898 objevili Curieovi v tomto nerostu dva nové, silně radioaktivní prvky – v červenci nejdřív polonium, v prosinci pak radium. Objev radia zveřejnili v časopise Francouzské akademie věd 26. prosince 1898. I jejich vědecká práce byla oceněna Nobelovou cenou. Získali ji v roce 1903 spolu s Henrim Becquerelem, objevitelem přirozené radioaktivity.