Najsilniejsza trucizna i samozapłon

W 2006 r. media całego świata zamieszczały doniesienia o Aleksandrze Litwinience, który umierał w męczarniach, otruty polonem. W tej historii poza jej politycznymi podtekstami krew w żyłach mroził pewien szczegół – tak maleńka ilość polonu potrzebna do spowodowania śmierci. Szacowano, że Litwinienko spożył niespełna jedną setną grama, a po trzech tygodniach już nie żył.

Czy polon to najgorsza substancja, która może dostać się do organizmu? Ocena toksyczności nie przedstawia się tak prosto, jak można by sobie wyobrażać. Na wstępie należy zaznaczyć, że każdy metabolizuje różne substancje nieco inaczej. Już sama nikotyna u poszczególnych osób zmienia się w siedem różnych związków chemicznych, co może tłumaczyć przyczynę, dla której pewnym osobom trudniej przychodzi rzucenie palenia. Takie osoby dosłownie przekształcają ją w substancje o silniejszym działaniu uzależniającym. To oznacza, że jeśli poda się truciznę dużej grupie osób, część z nich umrze, a część przeżyje, zupełnie przypadkowo. Żeby obejść ten problem, biolodzy posługują się wartością LD₅₀, czyli dawką śmiertelną (ang. lethal dose), gwarantującą uśmiercenie 50% grupy. Liczbę tę podaje się w mg/kg masy ciała; im mniejsza wartość LD₅₀, tym większa toksyczność substancji. Czysta kofeina ma wartość LD₅₀ wynoszącą 367 mg/kg. Wobec tego młoda kaczka o typowej masie ciała około kilograma mogłaby przyjąć 367 mg kofeiny i mieć 50% szans na przeżycie. Natomiast w przypadku samca słonia afrykańskiego ważącego 5 tys. kg potrzeba ok. 2 kg kofeiny, żeby zyskać 50% pewności, że zwierzę padnie.

W przypadku ludzi trudno ustalić dokładne wartości LD₅₀, ponieważ jedyny sposób uzyskania takich danych polegałby na podaniu trucizny grupie osób i sprawdzeniu, ile z nich zmarło. Niestety, zdarzały się przypadki eksperymentowania na nieświadomych niczego podejrzanych, lecz takie badania na szczęście prowadzone są bardzo rzadko. Niektóre zwierzęta można uważać za bliskie odpowiedniki człowieka, lecz i tu napotyka się te same problemy. Różne gatunki inaczej metabolizują substancje. Kwas glukuronowy nie szkodzi ludziom i stosuje się go w kuchni jako składnik sosów, ale dla kota to śmiertelna trucizna. Arsen jest dla nas toksyczny, ale dodany do paszy dla drobiu zwiększa przyrost masy mięśniowej. Wiadomo też, że zawarta w czekoladzie teobromina może zabić niedużego psa, a u ludzi wywołuje tylko poczucie wstrętu do samego siebie.

Zwierzętami, które są do nas najbardziej podobne biologicznie, oprócz szympansów – na których nie przeprowadza się prób – są szczury. Bez względu na twoją postawę etyczną w kwestii eksperymentów na zwierzętach nadal aktualny pozostaje fakt, że badania związków chemicznych na szczurach przynoszą dane najbliższe ludziom. Warto również pamiętać, że substancje chemiczne są różnie przetwarzane w zależności od sposobu, w jaki dostają się do organizmu. Niektóre pierwiastki, jak holm, zachowują toksyczność bez względu na sposób zażycia, a np. ind jest niebezpieczny tylko wtedy, gdy się go wdycha (uwaga: lepiej chyba nie przyjmować go także doustnie).

Wszystkie powyższe czynniki bardzo utrudniają określenie, co jest najbardziej trującą substancją chemiczną na świecie. To chyba dobrze, ale skoro już o tym mówimy, moglibyśmy równie dobrze przyjrzeć się niektórym kandydatom do tego tytułu. Ołów ma wartość LD₅₀ wynoszącą 600 mg/kg, a tal – 32 mg/ kg, czyli jest dwudziestokrotnie bardziej niebezpieczny. Arsen, ulubiona trucizna dziewiętnastowiecznych pisarzy, ma LD₅₀ wynoszącą 20 mg/kg, a fosfor – bliską 3 mg/ kg. Jeśli weźmiemy pod uwagę samą toksyczność, to najbardziej trującym pierwiastkiem jest fosfor, lecz po uwzględnieniu działania radioaktywności polon wyprzedza go o dobry kilometr. Pierwiastki promieniotwórcze nie zabijają po prostu przez zakłócanie funkcji organizmu – wyrzucają cząstki alfa, które w zasadzie rozrywają komórki na strzępy. Ze względu na ten dodatkowy sposób zabijania polon prawdopodobnie jest najbardziej śmiercionośnym pierwiastkiem. Nikt faktycznie nie zna jego wartości LD₅₀, ponieważ eksperymentatorzy niechętnie z nim pracują. Nawet jego pył może zabić. Jeśli wziąć pod uwagę ilość potrzebną do uśmiercenia Litwinienki, wartość LD₅₀ musi być jednak bardzo mała. Jeśli obok pierwiastków zaczniemy jednak uwzględniać także związki chemiczne, okaże się, że polon nie jest taki zły. Jako najbardziej toksyczny związek na świecie często wymienia się dimetylokadm, tak trujący, że śmiertelną dawką jest 0,001 g, rozpuszczona w tonie wody.

Korona jednak należy się toksynie botulinowej – substancji chemicznej pochodzenia bakteryjnego, wytwarzanej przez laseczkę jadu kiełbasianego (Clostridium botulinum). Istnieje kilka jej odmian o nazwach od A do H, a najgorsza jest toksyna botulinowa H. Żeby uśmiercić dorosłą osobę, trzeba zaledwie dwóch miliardowych grama. Przy założeniu, że liczba ludności na Ziemi wynosi ok. 7 mld, potrzeba zaledwie 14 g (łyżeczka do herbaty), żeby zetrzeć z powierzchni planety cały nasz gatunek. A toksyna zabija w dość paskudny sposób, mianowicie poprzez prowadzące do śmierci porażenie mięśni. Można ją jednak rozcieńczyć do małego stężenia i wstrzyknąć pod skórę czoła, żeby porazić mięśnie i zapobiec występowaniu zmarszczek. Właśnie do tego celu używa się toksyny botulinowej A (niezupełnie aż tak śmiertelnej jak poprzednia), dostępnej w sprzedaży pod handlową nazwą botoks.

Jak znaleźć złoty środek?

W XVI w. Niemcy przeżywały renesans rozwoju nauki, a jedną z najwybitniejszych postaci tamtych czasów był wielki szwajcarski lekarz Paracelsus. Naprawdę nazywał się Theophrastus Bombastus von Hohenheim i pierwszy zgłębiał medycynę jako naukę, a nie stek zabobonów (chociaż i on wierzył w istnienie gnomów – cóż, nikt nie jest doskonały). Jego najsłynniejsza wypowiedź, nazwana na jego cześć regułą Paracelsusa, brzmi prosto: „To dawka czyni truciznę”. Innymi słowy, korzystne bądź szkodliwe działanie jakiejś substancji zależy wyłącznie od jej ilości. Nawet cyjanek szkodzi tylko powyżej pewnego poziomu. W istocie pestki jabłek zawierają amigdalinę, którą nasz organizm przekształca w cyjanek, ale do zachorowania trzeba byłoby pestek mniej więcej z 18 jabłek (przy założeniu, że przedtem nie zabiłyby nas promieniotwórcze banany).

Tak samo jest z metalami w ludzkim ciele. Przy niedoborze miedzi układ odpornościowy nie może działać, ale przy jej nadmiarze oczy nabierają czerwonawozłotej barwy. Na pewno wygląda to pięknie, lecz trudno byłoby komuś owo piękno docenić, jednocześnie bowiem wymiotowałby krwią. Arsen jest pierwiastkiem słynącym jako składnik trucizny, ale w małych dawkach można nim leczyć białaczkę. Był on również głównym atomem w cząsteczce salwarsanu, pierwszego na świecie cudownego leku, dzięki któremu nie słyszymy dzisiaj zbyt wiele na temat kiły. Antymon można stosować jako środek przeciwbakteryjny, ale w zbyt dużej dawce zaczyna zabijać, a niewielką ilością ceru da się leczyć gruźlicę, lecz zbyt wielka spowoduje zawał serca.

Reguła Paracelsusa jest przyczyną, dla której leki mają zalecane dawkowanie. Weź odpowiednią ilość środka chemicznego, a ocalisz życie, weź nieodpowiednią, a położysz temu życiu kres.

Dlaczego substancje trują?

Mówiąc szczerze, nie wiemy, dlaczego pewne substancje są szkodliwe, inne zaś – korzystne. Biorąc pod uwagę liczbę istniejących związków chemicznych, nie zdołalibyśmy sporządzić katalogu działań wszystkich. Mechanizm wiązań cząsteczkowych poznaliśmy dopiero pod koniec lat 20. ub.w., więc to żadna niespodzianka, że duża część biologii leży nadal poza naszym zasięgiem. Robi ona bowiem to, co robi, już od przeszło 3 mld lat, nie ma zatem możliwości, byśmy ją poznali w ciągu zaledwie stulecia.

Organizm człowieka to miejsce, gdzie utrzymuje się krucha równowaga przemian chemicznych. Jeśli zmienimy jedną z nich, uruchomimy reakcję łańcuchową, której ostateczny rezultat może być nieprzewidywalny. Na przykład zbyt duża zawartość telluru w organizmie powoduje okropnie cuchnący oddech, a srebro zabarwia skórę na niebiesko – taki stan nazywa się srebrzycą (argyrią). Nawet nitrogliceryna, będąca składnikiem czynnym dynamitu, służy również do leczenia dusznicy bolesnej, chociaż nikt nie wie na pewno, dlaczego ta terapia przynosi efekty.

Jedną z niewielu trucizn, których działanie zgłębiliśmy, jest cyjanek. Działa on dlatego, że cząsteczki cyjanku silnie wiążą się z żelazem. Jeśli zdarzy się tak, że zwiążą się z atomem żelaza w centralnej części cząsteczki zwanej oksydazą cytochromu c, żelazo staje się bezużyteczne. To zła wiadomość, ponieważ występująca w mitochondriach oksydaza cytochromu c jest potrzebna naszemu organizmowi do czerpania energii z pokarmu. Wyłączenie jej oznacza w zasadzie śmierć głodową w czasie mierzonym raczej w minutach niż w tygodniach.

Wiemy również, że niektóre pierwiastki, zwłaszcza metale ciężkie, są trujące z powodu ich podobieństwa do pierwiastków potrzebnych w organizmie, mogą one bowiem przypadkowo ulec wbudowaniu w cząsteczki enzymów. Cynk jest potrzebny do wzrostu, lecz inny pierwiastek – kadm – odznacza się podobną wielkością, zatem po jego spożyciu organizm zaczyna wytwarzać enzymy z kadmem zamiast cynku. Kadm jednak nie reaguje ze związkami chemicznymi w organizmie, dlatego człowiek doznaje zatrucia kadmem i jego ciało przestaje rosnąć. Do zatrucia ołowiem dochodzi dlatego, że ołów przypomina wielkością wapń potrzebny do wytwarzania krwinek czerwonych, więc jeśli organizm wchłonie zbyt dużo ołowiu, zakłóca to czynność układu krwiotwórczego. Rtęć działa jeszcze gorzej, gdyż z powodu odpowiedniej wielkości przenika przez błony otaczające mózg. Po dostaniu się do wnętrza mózgu niekorzystnie wpływa na czynność układu nerwowego, nie mówiąc już o wzorcach myślenia. Większość ludzi właśnie z tego powodu unika rtęci, ale w XIX w. ogrzanego azotanu rtęci używano jako kluczowego składnika do przygotowywania filcu, z którego szyto kapelusze. Oczywiście ludzie pracujący w kapelusznictwie wkrótce zyskali reputację osób, którym brak paru elektronów w atomie, i stąd pochodzi powiedzenie „szalony jak kapelusznik”.

Wewnętrzne palenisko

Najwcześniejszy zapis dotyczący samozapłonu człowieka to relacja o śmierci anonimowego polskiego szlachcica na początku XVI w., za panowania Zygmunta I Starego i jego żony, królowej Bony Sforzy. Wzmianka pochodzi z wydanej w 1654 r. książki Thomasa Bartholina, który usłyszał o tym w formie relacji z drugiej ręki od Adolphusa Vorstiusa, temu zaś opowiedział o tym jego ojciec, który twierdził, że widział raz dokument zawierający opis tego zdarzenia. Krótki opis, pierwotnie po łacinie, można przetłumaczyć następująco: „Wypił dwa puchary grzanego wina, po czym buchnęły z niego płomienie, w których zgorzał”.

Samozapłon człowieka (ang. spontaneous human combustion, SHC) jest zagadnieniem kontrowersyjnym ze względu na brak zgody co do tego, czy takie zjawisko zachodzi. Idea, że dana osoba bez zapłonu z zewnątrz może zająć się ogniem, przedstawia się nader dramatycznie, lecz najwyraźniej dotyczy zdarzeń tak rzadkich, iż nie da się znaleźć solidnych badań nad nimi. Nie można bowiem badać grupy ludzi, żeby sprawdzić, która z nich ulegnie samozapłonowi. Chodzi wszak o zjawisko samoistne.

Większość doniesień na temat SHC przypomina powyższą historię polskiego szlachcica – są to niepoparte żadnymi dowodami relacje z drugiej ręki i prawdopodobnie powstały z zamiłowania do upiornych opowieści. Ponadto opisy przytaczające rzeczywiste szczegóły zazwyczaj łatwo dają się wyjaśnić. Jest to jednak ciekawe i działające na wyobraźnię zagadnienie, któremu warto się przyjrzeć. W przeważającej liczbie przypadków SHC szczątki ciała człowieka są zwęglone lub stopione, z wyjątkiem stóp i rąk. Kości obracają się w popiół, a otaczające meble przeważnie pozostają nienaruszone. Zajmijmy się najpierw spopielonymi kośćmi. Wiele osób zgodnie twierdzi, że w celu uzyskania takiego efektu spalanie musiałoby zachodzić w straszliwej temperaturze. Krematoryjne piece zazwyczaj wytwarzają bądź co bądź temperaturę przekraczającą 980°C. Tak wysoka temperatura jest jednak potrzebna, ponieważ w krematoriach ciała muszą spalać się szybko. Mimo to płomień o kilkusetstopniowej temperaturze wystarczy do spopielenia kości, jeżeli pozostają w ogniu przez kilka godzin. Jeśli źródło ognia wystarczy na tak długo, nie ma w tym żadnej tajemnicy.

Następnym zadaniem jest wyjaśnienie kwestii paliwa. W 1998 r. naukowiec John De Haan przeprowadził serię eksperymentów, podczas których owinął ciało martwej świni tkaniną, której jeden z rogów podpalił. Po zapoczątkowaniu spalania woda zawarta w ciele świni wyparowała i sucha padlina płonęła dalej przez pięć godzin, a zniszczeniu uległo całe ciało oprócz nóg. Wyjaśnieniem tego makabrycznego pokazu jest „efekt knota”. Podskórna tkanka tłuszczowa większości ssaków jest palna, więc jeśli skóra zostanie przerwana, tłuszcz może się topić i wyciekać do otaczającej ciało tkaniny. Tkanina przesiąka wtedy ciekłym tłuszczem i będzie płonąć godzinami jak knot świecy, wykorzystując jako paliwo cały zapas tłuszczu w ciele. To również wyjaśnia przyczynę, dla której jedyne pozostałe części ciała to stopy i ręce – zawierają one bardzo mało tłuszczu, zatem ogień pozostawia je nietknięte.

A jak to się dzieje, że reszta pomieszczenia zawsze jest nienaruszona? Słyszeliśmy o ogniu wymykającym się spod kontroli i budynkach spopielonych aż do gołej ziemi, gdyż ogień podobno rozprzestrzenia się i niszczy wszystko, co znajdzie na swojej drodze. Jeśli jednak poważnie się nad tym zastanowimy, przekonamy się, że to nieprawda. Większość pożarów tkwi w miejscu i spala to, co znajduje się powyżej, a nie po bokach. Jeśli sufit nie jest bardzo nisko, ogień po wyczerpaniu się zapasu paliwa zwykle nie ma już co trawić. Pomyśl, w jaki sposób możesz stać tuż obok ogniska albo trzymać płonącą zapałkę, nie parząc przy tym skóry. Albo pomyśl o wszystkich podręcznikach w laboratoriach chemicznych na całym świecie, tkwiących o parę centymetrów od palników Bunsena, a żaden nie płonie. Możesz przytrzymać kawałek papierowej chusteczki o 3 cm od płomienia, mimo to papier się nie zajmie. Nawet jeśli przesuniesz ją przez sam płomień, tylko się ogrzeje. Pożary, które rzeczywiście się rozprzestrzeniają i trafiają na pierwsze strony gazet, zwykle powstają w rezultacie bezpośredniego kontaktu. Pożar lasu szerzy się, ponieważ drzewa stykają się ze sobą albo wiatr przenosi płomienie z jednego miejsca na inne. Wbrew instynktownemu przeświadczeniu pożar niełatwo rozprzestrzenia się w powietrzu – w przeciwnym razie atmosfera płonęłaby za każdym razem, kiedy zapalamy ogień w kuchence albo papierosa.

Jeśli tylko jest coś, co roznieci ogień, odkrycie ofiary SHC wcale nie budzi podejrzeń i w istocie zgadza się z uczciwą nauką. Okazuje się, że w większości szczegółowych doniesień na temat SHC istnieje oczywiste źródło zapłonu. Na przykład śmierć Nicole Millet (20 lutego 1725 r. we francuskim mieście Reims) często przytacza się jako przykład samozapłonu, ponieważ jej zwęglone na wiór zwłoki znaleziono na podłodze, a uszkodzenia naokoło były nieznaczne. Należy wziąć pod uwagę to, że Millet solidnie popijała i z butelką alkoholu podeszła "do ognia, żeby się ogrzać". Hmm. Podobnie było z Mary Reeser (2 lipca 1951 r. w St. Petersburgu na Florydzie), którą znaleziono spaloną w fotelu, a w pokoju również było mało zniszczeń oprócz samego fotela.

Po przeprowadzeniu śledztwa agenci FBI doszli jednak do wniosku, że Reeser zażywała tabletki nasenne, które sprawiły, że zapadła w sen, paląc papierosa. Hmm. Jako naukowcy musimy zachowywać sceptycyzm, zwłaszcza wobec dziwnych twierdzeń. W większości przypadków okazuje się, że choć człowiek może się zapalić, to nie ma w tym nic samoistnego. A mimo to… Nie wiem, czy może dojść do samozapalenia się człowieka. Prawie wszystkie takie twierdzenia mają, jak się okazało, oczywiste przyczyny, ale nie mogę zignorować faktu, że w jednym czy dwóch przypadkach takiej przyczyny nie było. Spośród kilkuset udokumentowanych SHC w dziejach jest garstka takich, które wydają się przeczyć logice. Jednym z nich jest przypadek śmierci Roberta Francisa Baileya (13 września 1967 r. w londyńskiej dzielnicy Lambeth). Grupa osób przechadzająca się w pobliżu zrujnowanego domu w Londynie zauważyła migoczące wewnątrz jasno światło i wezwała straż pożarną, która w ciągu kilku minut przybyła na miejsce. Jak wynika z raportu dowódcy brygady Johna Staceya, kiedy strażacy weszli do środka, znaleźli ciało Baileya zwinięte na podłodze, z dziesięciocentymetrową raną brzucha, z której wydobywał się huczący płomień. Budynek był odcięty od sieci elektrycznej i gazowniczej, nigdzie też nie było widać zapałek. Jak zatem powstał ogień i dlaczego buchał z wnętrzności zmarłego?

Jest również relacja Raymonda Reeda, który podczas drugiej wojny światowej służył w 9. batalionie Królewskich Fizylierow Walijskich. Sam Reed się nie zapalił, ale wspominał, jak pewnego wieczoru szedł przez pole w hrabstwie Dorset, a stojąca w pobliżu owca wybuchła. Ona przypuszczalnie nie paliła papierosa w łóżku. Jest też pochodzący z 1867 r. przypadek pana Watta z Garston, którego zwłoki nagle zapaliły się w kościelnej krypcie długi czas po jego zgonie na dur brzuszny. Zatem nie dość, że to mało prawdopodobne, by palił w łóżku – on spoczywał zamknięty w trumnie.

Relacje takie jak powyższe, jeśli mamy im wierzyć (a to potężne „jeśli”), trudno ująć w ramy racjonalnego rozumowania. Efekt knota wyjaśniałby kwestię szczątków, lecz nie wydaje się, by istniało źródło zapłonu. Bądźmy jednak ostrożni. Sam fakt, że nie mamy wyjaśnienia jakiegoś zjawiska, nie oznacza, iż mamy przyjąć wyjaśnienie zmyślone. Tych relacji nie da się wyjaśnić, lecz rozsądniej jest stwierdzić, że nie znamy wyjaśnienia, zamiast wysuwać hipotezę, która nam się podoba. Nie ma powodu, by zakładać istnienie SHC, dopóki nie znajdziemy dowodów bezpośrednio potwierdzających to zjawisko. W przeciwnym razie moglibyśmy twierdzić, że każdy pożar o niewyjaśnionej przyczynie to rezultat samoistnego zapłonu. W każdej relacji świadków samozapłonu istnieje jednak pewien szczegół, który można by zakwalifikować jako potencjalny dowód. Otóż zawsze podaje się, że płomienie mają jaskrawoniebieską barwę i wydobywają się z brzucha. W 1993 r. Günter Gassmann i Dieter Glindemann wykazali, że w ludzkich jelitach może powstawać związek chemiczny zwany fosforowodorem (PH₃). Sam fosforowodór nie jest łatwopalny, lecz jeśli dwie jego cząsteczki połączą się ze sobą, powstaje dwufosforowodór (P₂H₄), który jest. Dwufosforowodór w obecności tlenu może samoistnie się zapalić i spalić również inne gazy w bliskim sąsiedztwie. Głównym gazem we wnętrzu ciała człowieka jest metan (CH₄), znajdujący się przede wszystkim w jelitach i znany z tego, że pali się niebieskim płomieniem. Dwufosforowodór często powstaje w warunkach panujących na moczarach i dlatego ludzie niekiedy opowiadają o błękitnych płomykach wokół bagien i cmentarzy. Tak zwane błędne ogniki są w rzeczywistości płomieniami metanu, roznieconymi przez chemiczne przemiany fosforu.

Nie znamy na razie mechanizmu powodującego powstawanie dwufosforowodoru w jelitach, lecz gdyby taki istniał i gdyby powstały związek wszedł w kontakt z tlenem, i gdyby doszło do tego w obecności dostatecznej ilości metanu, niewykluczone, że zaistniałaby mała szansa wybuchu ognia. Szczera i naukowa odpowiedź na pytanie, czy samozapłon człowieka może nastąpić, nadal brzmi: „Nie wiemy”. Dwufosforowodór podsuwa nam kuszącą możliwość, ale spekulacje to jeszcze nie dowody. Możemy tylko powiedzieć, że jeśli to zjawisko naprawdę występuje w przyrodzie, to z prawdopodobieństwem jeden na miliard. Wyłożyłem jasno przyjaciołom, że gdybym przypadkiem jako jeden z nielicznych padł śmiertelną ofiarą samozapłonu, muszą sfilmować cały epizod, żeby inni naukowcy mogli się czegoś dowiedzieć. Zatem gdybyśmy się spotkali i gdybym akurat uskarżał się na żołądek, miejcie kamery w pogotowiu.

***

Fragmenty pochodzą z książki Tima Jamesa „Spal tę wodę. Jak zmienić wodę w ogień, zrobić diament z masła i inne cuda z krainy pierwiastków”, która ukazała się w czerwcu 2019 r. nakładem wydawnictwa Prószyński i S-ka.