Laboratorium MCB. Statek z czasów Kolumba pod lupą naukowców z UKSW.

Przełomowe badania w Multidyscyplinarnym Centrum Badawczym. Nasi naukowcy poddają analizie wodę i powietrze, ceramikę i glebę.

Celem Multidyscyplinarnego Centrum Badawczego (MCB), otwartego niedawno w podwarszawskim Dziekanowie Leśnym, jest tworzenie nowych technologii, które znajdą zastosowanie w szeroko rozumianej gospodarce, w tym w przemyśle i ochronie środowiska.  

Specjalistyczne badania prowadzi również, będące częścią MCB, Laboratorium Monitoringu Środowiska, w którym naukowcy naszego Uniwersytetu, wyposażeni w nowoczesną aparaturę dostosowują metody badawcze do każdego zlecenia. 

– Nasze laboratorium pozwala na prowadzenie wszechstronnych badań – mówi Maciej Sierakowski z Instytutu Nauk Biologicznych UKSW, kierownik Laboratorium Monitoringu  Środowiska MCB. – Jednocześnie możemy sobie pozwolić na wykonywanie analiz eksperymentalnych, opracowanie nowych metod w przypadku nietypowego zamówienia. Tego nie robią laboratoria usługowe, bo nie maja na to ani czasu, ani kadry naukowej.

Obiecujący eksperyment

Kto z nas, biorąc do ręki grudkę polnej ziemi, zastanawia się czy jest bogata w węgiel i azot, magnez i wapń? Czy to ziemia żyzna? Takie analizy przeprowadza się w laboratorium MCB za pomocą nowoczesnego analizatora CHNS/O. 

Ale nie tylko. Cukrownia w Glinojecku postanowiła sprawdzić czy melasa, pozostałość po produkcji cukru, mogłaby zostać wykorzystana jako nawóz. Naukowcy z UKSW badają ten gęsty, ciemnobrązowy, bogaty w żelazo syrop, stosowany w produkcji alkoholu i drożdży spożywczych, a mający zwiększyć wydajność gleby.  

To praca mozolna. Trzeba pobrać, kilkakrotnie w ciągu roku, 120 próbek ziemi z każdego metra kwadratowego, obsadzonych burakami cukrowymi, pól. Potem w laboratorium ziemia zostanie przesiana i zmielona w specjalnym młynie. To pozwoli w dalszym procesie, z zastosowaniem sprawdzonej metody Mehlich 3 i analizatora ICPE, wykryć obecność pierwiastków występujących w formach przyswajalnych dla roślin: wapnia, magnezu, sodu, potasu, fosforu, żelaza, cynku, manganu, miedzi i boru.

Badania nad melasą rozpoczęły się jesienią 2022 r. Pierwsze testy wydają się obiecujące, ale dopiero dokładna analiza wzbogaconych melasą próbek ziemi pomoże w rozstrzygnięciu, czy a jeśli tak, to w jakiej ilości, jej stosowanie wpłynie na zmianę składu gleby, wzrost roślin i lepsze plony.

Kulinarna przeszłość ceramiki

Badania laboratoryjne prowadzone w MCB, przyczyniły się do dokonania przełomowego dla światowej archeologii odkrycia. Ustalono, że naczynia fajansowe sprzed tysięcy lat, były wykonane w 90 proc. z pyłu kwarcowego. Zespołowi pod kierownictwem Małgorzaty Zaremby, doktorantki z UKSW, udało się odtworzyć najbardziej skomplikowaną technologię, jaką znał świat starożytny. 

Analiza chemiczna naczyń używanych przez naszych przodków przed setkami, a nawet tysiącami lat, to praca detektywistyczna. Jak wiele można wyczytać z niepozornych, zdawałoby się, skorup. 

– Pocztą pantoflową rozchodzi się informacja, że takie badania można u nas wykonać. Archeolodzy czekają w kolejkach, żeby zbadać kwasy tłuszczowe zachowane w ceramice. To badania, które robimy na dużą skalę – mówi Maciej Sierakowski. – Każde z naszych czterech, nowoczesnych urządzeń, ma szerokie spektrum wykrywanych związków. To od nas zależy, co będziemy badali. 

Przygodę z kwasami tłuszczowymi Maciej Sierakowski rozpoczął w 2015 roku. Przystosował wówczas metodę wykrywania kwasów tłuszczowych do badań ceramiki. Na podstawie analizy kwasów tłuszczowych (a można ich przebadać aż 50), zachowanych na powierzchni, jakich używali nasi przodkowie, możemy się dowiedzieć co jedli.

Rodzaj (zwany profilem) kwasów tłuszczowych, ustala się przy użyciu chromatografu gazowego GC-MS. Ceramikę trzeba zmielić, potem przeprowadzić ekstrakcję czyli wyodrębnić kwasy tłuszczowe z powierzchni ceramiki metodą MASE (Microwave Assisted Solvent Extraction). To złożony proces ogrzewania w temperaturze 130 st C próbki ceramiki zanurzonej w metanolu. Kolejny etap (estryfikacja) pozwala na wykrycie ilości kwasów tłuszczowych. 

Podczas badania ceramiki z okolic Radomia z XI wieku, okazało się, że dieta ówczesnych mieszkańców tych terenów składała się przede wszystkim z produktów roślinnych. Znaleziono bowiem na jej powierzchni ślady kwasów tłuszczowych pochodzących z nasion i orzechów z niewielkim udziałem mięsa ssaków oraz jagód. Mięsożerni byli natomiast Radomianie z XIV wieku, ponieważ na powierzchni ceramiki z tego okresu odnaleziono przede wszystkim tłuszcze odzwierzęce.

Fascynująca jest możliwość dokładnego określenia proporcji kwasów tłuszczowych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego w pożywieniu. Ustalenia czy nasi przodkowie jedli mięso ssaków czy ryby, czy były to rośliny strączkowe czy jagody. 

– Jesteśmy w stanie odtworzyć przeszłość kulinarną naszych przodków – mówi Maciej Sierakowski. – A więc nie tylko, rozpoznawalne po kształcie, przeznaczenie naczyń, ale i, co ważne dla antropologów, dietę.  

Fragment amfory z fortu Apsaros (dzisiejszego Gonio) w Gruzji wystarczył, by odnaleźć pozostałości po winie. O przeznaczeniu naczynia do przechowywania wina świadczyła obecność specyficznych kwasów organicznych, co udało się wykryć w laboratorium MCB. 

Co można wykryć w wodzie

Zakres analiz, jakich podejmują się naukowcy z MCB, obejmuje badania tak różne jak te dotyczące zawartości pestycydów w wodzie i leków we krwi, metali ciężkich w rybach i dawek fluoru w pastach do zębów, a nawet składu pyłów zawieszonych w powietrzu. 

Laboratorium specjalizuje się w badaniach cieczy przy użyciu nowoczesnego spektrometru plazmowego ICPE 9820, stosowanego w działach badawczo-rozwojowych wysoce wyspecjalizowanych laboratoriów na świecie,  w tym w laboratoriach monitorujących stan środowiska. Za pomocą urządzenia można oznaczyć czyli wykryć 72 pierwiastki.

Naukowcy z Instytutu Nauk Biologicznych i MCB badają więc obecność metali ciężkich w wodzie m.in.: rtęci, ołowiu, chromu, kadmu i arsenu. 

– Wykonujemy analizę wód podziemnych, jeziornych, akwariowych. Analizy wód kotłowniczych w zagrożonych korozją piecach. Badamy wodę w studniach, znajdujących się blisko pól uprawnych, hodowli, żeby dowiedzieć się czy nie jest zanieczyszczona nawozami spływającymi z pól, a więc azotanami, które są rakotwórcze i fosforanami, które powodują zakwitanie akwenów – mówi Maciej Sierakowski – Jesteśmy w trakcie procesu akredytacji laboratorium na badanie składu pierwiastkowego wody pitnej i wód powierzchniowych. Badamy wody morskie, w tym zależność bytowania organizmów od stopnia zasolenia. 

Już czwarty rok trwa w Laboratorium ciekawy eksperyment. Jego przedmiotem jest szkuta, pozbawiony pokładu pokaźnych rozmiarów (31 m długości) wrak statku z końca XV wieku, odnaleziony w starorzeczu Wisły, w okolicach Czerska. Ten wyjątkowy, jedyny w naszej części Europy taki statek, trafił do Państwowego Muzeum Archeologicznego w Warszawie i ma stać się głównym eksponatem planowanego Muzeum Żeglugi Wiślanej. To wymaga jednak specjalnego przygotowania. W laboratorium MCB co miesiąc poddaje się analizie kolejne próbki  wody wypłukiwanej ze szkuty zanurzonej w wodzie destylowanej. Wypłukiwanie będzie trwało tyle czasu, ile naukowcy uznają za niezbędne, by stwierdzić, że udało się oczyścić szkutę z powodujących degradację drewna jonów siarki i żelaza, a tym samym móc zabezpieczyć ją przed postępującym zniszczeniem. Wtedy przejdzie ona proces konserwacji, zaś naukowcy z UKSW będą badać jak głęboko w strukturę drewna wnikają konserwujące glikole. Wszystko po to, by statek z czasów Kolumba, większy nawet od tych, które służyły odkrywcy, mógł, na miarę możliwości, odzyskać utraconą świetność.