Bezpiecznej w Internecie

Zbyt niski poziom bezpieczeƒstwa
wymiany informacji hamowa∏ rozwój
elektronicznego handlu i firm dzia∏ajàcych
w polskiej cz´Êci Sieci [patrz:

CYBERÂWIAT

;

Âwiat Nauki

, paêdziernik 1999].

Sytuacja mo˝e ulec radykalnej zmianie.
15 grudnia 1999 roku wesz∏o w ˝ycie
zarzàdzenie prezydenta Stanów
Zjednoczonych rozluêniajàce kontrol´
eksportu oprogramowania do szyfrowania
informacji – aplikacje wykorzystujàce
klucze kryptograficzne dowolnej d∏ugoÊci
(a nie jak dotychczas nie d∏u˝sze
ni˝ 56 bitów) mogà byç dostarczane
firmom komercyjnym bez koniecznoÊci
uzyskiwania licencji [patrz: „Bezpieczeƒstwo
w Internecie”, Âwiat Nauki, grudzieƒ 1998].
Ograniczeniami sà nadal obj´te paƒstwa
uznane przez USA za wspierajàce
terroryzm: Irak, Iran, Korea Pó∏nocna,
Kuba, Libia, Sudan i Syria. Liberalizacja
nadchodzi w samà por´. Jeszcze
do niedawna z∏amanie 465-bitowego
klucza kryptograficznego zabiera∏o
setkom komputerów kilka miesi´cy.
Jesienià ub.r. doniesiono o skonstruowaniu
przez izraelskiego naukowca Adiego
Shamira wyspecjalizowanego komputera
rozszyfrowujàcego 512-bitowy kod
klucza RSA w czasie 2–3 dni.

O pochodzeniu winogron

SzesnaÊcie szacownych odmian winogron,
w tym chardonnay, aligotté i gamay noir,
mia∏o wÊród swych przodków odmian´ zwanà
gouais blanc. By∏a ona rozpowszechniona
w Êredniowieczu, ale w póêniejszych latach
uznano jà za tak niskiej jakoÊci, ˝e kilkakrotnie
zakazywano jej uprawy. Wspó∏pracujàcy
ze sobà naukowcy amerykaƒscy i francuscy
opisali w Science z 3 wrzeÊnia br.,

˝e przebadali profile DNA z próbek liÊci
322 odmian winogron i stwierdzili, i˝
16 odmian najlepszych francuskich winogron
pochodzi z krzy˝ówek mi´dzy pinot,
szlachetnymi czerwonymi winogronami
z Burgundii i Szampanii, oraz gouais blanc.
Ró˝nice genetyczne mi´dzy tymi dwiema
odmianami decydujà zapewne o jakoÊci
powsta∏ego potomstwa, a wiedza
o ich pochodzeniu mo˝e pomóc plantatorom
w unikni´ciu tworzenia z∏ych krzy˝ówek.

Myszka Miki,

doktor nauk

Wprowadzenie jednego genu

sprawi∏o, ˝e myszy sta∏y si´

sprytniejsze

B

iolog molekularny Joe Z. Tsien
z Princeton University wraz ze
wspó∏pracownikami donieÊli w

Nature z 2 wrzeÊnia ub.r., ˝e dodajàc je-
den gen do zygot, zdo∏ali podnieÊç po-
ziom inteligencji powsta∏ych z nich my-
szy. Doros∏e transgeniczne gryzonie
znacznie lepiej ni˝ zwyk∏e wykonywa-
∏y zadania behawioralne wymagajàce
uczenia si´. Dosz∏o u nich do zmian fi-
zjologicznych w hipokampie, obszarze
mózgu o istotnym znaczeniu dla proce-
sów pami´ciowych.

Wprowadzony gen powodowa∏ pro-

dukowanie wi´kszej liczby podjedno-
stek bia∏kowych zwanych NR2B. Pod-
jednostka taka stanowi cz´Êç komple-
ksu bia∏kowego tworzàcego receptor
NMDA, który jest zlokalizowanym na
powierzchni neuronu kana∏em jono-
wym. Badania wykaza∏y, ˝e otwarcie
go, wywo∏ane bodêcami pochodzàcymi
z dwóch neuronów, daje poczàtek ka-
skadzie reakcji biochemicznych, których
rezultatem jest utrwalanie Êladów pa-
mi´ciowych i uczenie si´. To najnowsze
doÊwiadczenie stanowi pierwszà uwieƒ-

czonà powodzeniem prób´ nasilenia
ekspresji receptora NMDA u ssaków
metodami in˝ynierii genetycznej.

Celem tej pracy jest lepsze zrozumie-

nie plastycznoÊci synaptycznej, czyli
sposobu, w jaki modyfikacje fizjologii
mózgu wp∏ywajà na przetwarzanie
bodêców w uczenie si´ i pami´ç. Jeden
z modeli doÊwiadczalnych koncentru-
je si´ na d∏ugotrwa∏ych zmianach elek-
trochemicznych w synapsie, zwanych
cz´sto wzmocnieniem d∏ugotrwa∏ym –
LTP (long-term potentiation). Zak∏ada
on, ˝e powtarzajàce si´ stymulacje okre-
Êlonego szlaku nerwowego wzmagajà
skutecznoÊç przekaênictwa synaptycz-
nego, nasilajàc w ten sposób LTP. We-

d∏ug neurobiologów wa˝nà rol´ w tym
procesie odgrywajà receptory NMDA.

Praca Tsiena i jego wspó∏pracow-

ników „utwierdza w przekonaniu, ˝e
NMDA jest komórkowym substratem
procesu uczenia si´ – mówi Timothy P.
Tully, neurogenetyk z Cold Spring Har-
bor Laboratory w Nowym Jorku. – Lu-
dzie sàdzili zawsze, ˝e uczenie si´ i pa-
mi´ç to specjalne, niemal˝e duchowe
procesy, ale teraz zaczynajà sobie uÊwia-

damiaç, i˝ sà one biologiczne, podobnie
jak czynnoÊç nerek.”

Transgeniczne myszy, które nazwano

Doogie od imienia nastoletniego lekarza
z serialu telewizyjnego, mia∏y w korze
mózgowej i w hipokampie ponad dwu-
krotnie wi´cej bia∏ka NR2B ni˝ zwy-
k∏e osobniki. Ponadto ich kana∏y NR2B
pozostawa∏y otwarte znacznie d∏u˝ej
(przez 250 ms) w porównaniu z kana∏a-
mi u myszy kontrolnych (150 ms), a tak-
˝e o 50 ms d∏u˝ej ni˝ u nie zmienionych
genetycznie m∏odych osobników. To
ostatnie odkrycie ma istotne znaczenie,
poniewa˝ czas trwania kana∏u w stanie
otwartym zazwyczaj ulega skróceniu
w miar´ starzenia si´ zwierz´cia.

Myszy Doogie lepiej pami´tajà

uprzednio napotkane obiekty, spraw-
niej kojarzà nieprzyjemne bodêce z sy-
tuacjà i pr´dzej si´ orientujà, ˝e przy-
czyn´ strachu usuni´to. Tak˝e znacznie
szybciej, w porównaniu z osobnikami
kontrolnymi, odnajdujà ukryty pod wo-
dà podest. Chocia˝ zdolnoÊç uczenia si´
myszy transgenicznych wyraênie wzra-
sta (testy przeprowadzono godzin´,
dzieƒ i 10 dni po sesji treningowej),
Tsien nie poleca ich jako korepetytorów
dla waszych dzieci. „Pewnych rzeczy
nie przeskoczysz, nie sprawisz, by mysz
zaÊpiewa∏a piosenk´. Mówimy tu jedy-
nie o zwi´kszeniu wydajnoÊci, uspraw-
nieniu systemu.”

Jak s∏usznie zauwa˝a Tully, geny

rzadko dzia∏ajà w pojedynk´ i trudno
przewidzieç, jaki wp∏yw b´dzie mia∏o
dodanie jednego z nich na inne geny
oraz na procesy biochemiczne. Nauko-
wiec ten stworzy∏ sprytniejsze wywil˝-
ny kar∏ówki, zwane równie˝ muszkami
owocowymi, manipulujàc genem CREB,
którego modyfikacje dokonane przez
innych naukowców doprowadzi∏y do
podobnego usprawnienia procesów pa-
mi´ciowych u morskich Êlimaków. We-
d∏ug Tully’ego CREB wydaje si´ odgry-
waç istotnà rol´ w pami´ci d∏ugotrwa∏ej,

20 Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 2000

Ciàg dalszy ze strony 18

NEUROBIOLOGIA

MYSZ DOOGIE lepiej zapami´tuje nowe

przedmioty i bardziej jà one interesujà.

PRINCETON UNIVERSITY

Odmiana gouais blanc

J. P. BRUNO INRA Domaine de Vassal

podczas gdy NR2B mo˝e mieç silniej-
szy zwiàzek z pami´cià krótkotrwa∏à
lub uczeniem si´. Na ten ostatni proces
wp∏ywajà zapewne wraz z receptorem
NMDA enzymy, takie jak Src.

Tsien wyjaÊnia, ˝e celem jego pracy

jest „zrozumienie procesów biologicz-
nych, a nie wyprodukowanie wybitnie
inteligentnych myszy”. Najwi´kszym
z niej po˝ytkiem dla ludzi mo˝e byç –
twierdzi – u˝ycie receptora NR2B jako
punktu wyjÊcia do opracowania nowych
leków, pomocnych w zwalczaniu zwià-
zanych z wiekiem ubytków pami´cio-
wych, obserwowanych m.in. w choro-
bie Alzheimera. Kontakt z Tsienem na-
wiàza∏y ju˝ firmy farmaceutyczne i bio-
technologiczne. Choç sàdzi on, ˝e opra-
cowanie jakiegokolwiek Êrodka tera-

peutycznego dla ludzi potrwa co naj-
mniej osiem lat, to wierzy jednak, i˝
NR2B „oka˝e si´ pomocny w opraco-
waniu leków poprawiajàcych pami´ç.
My przedstawiliÊmy zasad´ dzia∏ania.”

Czy takie leki zwi´kszà zdolnoÊci

poznawcze ludzi? Kilka zespo∏ów ba-
dawczych pracuje nad „pigu∏kami spry-
tu”. Wielu naukowców ma jednak za-
strze˝enia co do skutecznoÊci substancji
„poszerzajàcych mózg” i jest zaniepo-
kojonych etycznym aspektem ich stoso-
wania. Tully zastanawia si´, czy nasile-
nie plastycznoÊci doros∏ego mózgu
okaza∏oby si´ po˝yteczne. „Je˝eli wi´k-
sza zdolnoÊç uczenia si´ jest dla nas ko-
rzystna, to czemu ewolucja nam jej
poskàpi∏a?”

Ken Howard

Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 2000 21

Kwantowa

klaustrofobia

Fizykom uda∏o si´ wytworzyç

w superzimnym gazie

zdegenerowanà materi´ Fermiego

– budulec gwiazd neutronowych

N

asz Êwiat sk∏ada si´ z fermio-
nów. Fermionami sà znane
nam protony i neutrony, a tak-

˝e kwarki. To w∏aÊnie fermionowa natu-
ra elektronów jest podstawà budowy
tablicy okresowej pierwiastków, a wi´c
i ca∏ej chemii. Ostatnimi czasy bozony
– kuzyni fermionów – doczeka∏y si´
szczególnego zainteresowania. Wià˝e
si´ to z epokowym odkryciem w roku
1995 kondensatu Bosego–Einsteina w
rozrzedzonych gazach. A teraz przysz∏a
kolej na fermiony: uda∏o si´ wytworzyç
atomowà „zdegenerowanà materi´
Fermiego” w temperaturze zaledwie
0.3 µK powy˝ej zera bezwzgl´dnego.
Dokona∏o tego dwoje m∏odych fizyków
– Deborah S. Jin i jej doktorant Brian
DeMarco – pracujàcych w National In-
stitute of Standards and Technology
i w University of Colorado w Boulder.

Bozony sà bardzo towarzyskimi

cz∏onkami rodziny czàstek kwantowych.
Szczególnie uwidacznia si´ to w kon-
densacie, w którym miliony tych czà-
stek wyst´pujà w dok∏adnie tym samym
stanie kwantowym. Fermiony natomiast
to indywidualiÊci kwantowi i nie mo˝-
na umieÊciç dwóch fermionów w tym
samym po∏o˝eniu w tym samym stanie
kwantowym. Fermiony, nazwane tak
na czeÊç w∏oskiego fizyka Enrica Fer-
miego, podlegajà zakazowi Pauliego:

obecnoÊç jednego fermionu w danym
stanie wyklucza obecnoÊç drugiego.

Bozony charakteryzujà si´ ca∏kowity-

mi wartoÊciami spinu, czyli wewn´trzne-
go momentu p´du, natomiast fermiony
majà spiny po∏ówkowe:

1

/

2

,

3

/

2

itd. Ró˝-

nice w zachowaniu si´ fermionów i bo-
zonów uwidaczniajà si´ szczególnie dla
grup tych czàstek w bardzo niskich tem-
peraturach, kiedy zajmujà one najni˝sze
mo˝liwe poziomy energetyczne. Ozi´-
bione bozony gromadnie zajmujà ten je-
den, najni˝szy poziom energetyczny.
Fermiony przypominajà raczej ludzi sto-
jàcych na wàskich schodach – tylko jed-
na osoba zajmuje jeden stopieƒ – i tak
kolejno a˝ do najni˝szego w miar´ zbli-
˝ania si´ do zera bezwzgl´dnego. Taki
stan, okreÊlany mianem degeneracji Fer-
miego, w istotny sposób decyduje o w∏a-
snoÊciach elektrycznych metali i pó∏prze-
wodników, a tak˝e jest êród∏em ciÊnienia
przeciwstawiajàcego si´ zapadaniu bia-
∏ych kar∏ów i gwiazd neutronowych.

W celu wytworzenia zdegenerowa-

nego stanu Fermiego Jin i DeMarco za-
stosowali ch∏odzenie poprzez parowanie
gazu atomowego w pu∏apce magnetycz-
nej, udoskonalajàc technik´, która do-
prowadzi∏a do wytworzenia pierwsze-
go rozrzedzonego kondensatu Bosego.
Jin wybra∏a do eksperymentów atomy
rzadkiego izotopu potasu 40 i wraz
z DeMarkiem bardzo pomys∏owo wy-
korzysta∏a ich niezwyk∏e w∏aÊciwoÊci.
Zw∏aszcza najwa˝niejszà, ˝e potas 40
jest fermionem, poniewa˝ sk∏ada si´
z nieparzystej liczby fermionów: 40 pro-
tonów i neutronów oraz 19 elektronów
orbitalnych.

Wytworzenie zdegenerowanego stanu

Fermiego jest znacznie trudniejsze ni˝
po prostu zastosowanie metody s∏u˝à-
cej do wytworzenia kondensatu Bosego.

FIZYKA