Ciężka woda (D2O) fascynuje naukowców od czasu odkrycia deuteru (1931) przez amerykańskiego laureata nagrody Nobla Urey’a. W roku 1935 stwierdzono, że pod względem smaku D2O jest nieodróżnialny od zwykłej wody (H2O), co miało znaczący wpływ na toczącą się dyskusję na ten temat.
Według niedawno przeprowadzonych badań przez naukowców z Izraela, Czech i Niemiec wysoko oczyszczona ciężka woda (D2O) ma wyraźnie słodszy smak niż normalna woda o tej samej czystości.
Co to jest ciężka woda?
Ciężka woda (czyli tlenek deuteru, D2O) to woda, w której atomy wodoru w zwykłej wodzie zostały zastąpione atomami deuteru, tworząc D2O.
Istnieją trzy naturalnie występujące w przyrodzie izotopy wodoru (prot, deuter i tryt), czyli trzy odmienne postacie atomów tego pierwiastka, które różnią się liczbą neutronów w jądrze. Zwykłe atomy wodoru zawierają jeden proton i żadnego neutronu, podczas gdy atomy deuteru zawierają jeden proton i jeden neutron.
Właściwości fizyczne i chemiczne obu wód są zbliżone, ale nie identyczne. Deuter jest około dwa razy cięższy od wodoru, a jego gęstość jest większa o 10%. Dlatego kostki lodu zrobione z ciężkiej wody pływają i unoszą się w niej, ale w zwykłej wodzie toną.
Różnice we właściwościach D2O i H2O, takie jak pH czy temperatura topnienia i wrzenia, są bardzo małe i wynikają ze zmian w drganiach punktu zerowego, które prowadzą do nieco silniejszego wiązania wodorowego w D2O niż w H2O.
Chociaż ciężka woda nie jest radioaktywna, nie jest całkowicie bezpieczna do picia. Problemem jest większa masa wody ciężkiej w porównaniu do zwykłej wody. Zasadniczo, różnica masy spowalnia reakcje biochemiczne, w których wykorzystywana jest woda.
Prokariotyczne organizmy, np. bakterie, mogą funkcjonować w ciężkiej wodzie, aczkolwiek z nieco utrudnionym tempem wzrostu. Natomiast komórki roślinne i zwierzęce są bardziej złożone, więc zbyt duża ilość ciężkiej wody powoduje ich chorobę lub śmierć. Ciężka woda zakłóca mitozę, czyli rodzaj podziału komórkowego wykorzystywanego do naprawy uszkodzeń i wzrostu nowych komórek. Wrzeciona mitotyczne komórek zawierających zbyt dużo ciężkiej wody po prostu nie są w stanie równo podzielić komórki, aby utworzyć dwie identyczne nowe komórki.
Zastąpienie 20% zwykłej wody w komórkach ciężką wodą jest możliwe do przeżycia dla ludzi i innych ssaków (choć nie jest zalecane). Przy około 25% deuteracji (zamiany) wody w organizmie występuje szkodliwy wpływ na podziały komórkowe i ogólny metabolizm. Natomiast 50 % zawartości deuteru w wodzie powoduje śmierć zwierząt i ludzi. Zatrucie ciężką wodą przypomina zatrucie promieniowaniem lub zatrucie cytotoksyczne podczas chemioterapii.
Jak smakuje woda ciężka?
Te dwa izotopy wody są chemicznie identyczne, a postrzeganie smaku zależy od właściwości chemicznych. Pomimo to, naukowcy wykazali, że w przeciwieństwie do zwykłej wody, ciężka woda smakuje słodko ludziom, ale nie myszom.
Badacze zajęli się kwestią smaku ciężkiej wody w serii eksperymentów sensorycznych u ludzi, eksperymentów behawioralnych u myszy, testów na komórkach smaku słodkiego oraz modelowania obliczeniowego.
Ich wyniki pokazują, że ludzie postrzegają ciężką wodę jako wyraźnie odróżniającą się od zwykłej wody na podstawie jej smaku. Według autorów badania osoby biorące udział w eksperymencie określają ciężką wodę jako łagodnie słodką i znacznie słodszą niż zwykła woda. Co więcej, D2O zwiększał postrzeganą słodycz innych substancji słodzących w niskich stężeniach. Odkrycia pokazują również, że deuterowana woda wywołuje słodki smak poprzez aktywację ludzkiego receptora TAS1R2/TAS1R3. Z kolei eksperymenty smakowe na myszach pokazują, że zwierzęta te nie preferują D2O w porównaniu do H2O.
Ciężka woda, choć nie jest praktycznym słodzikiem, daje wgląd w szeroko otwartą przestrzeń chemiczną słodkich cząsteczek. Ciężka woda może być wykorzystywana w procedurach medycznych. Receptor smaku słodkiego jest zlokalizowany nie tylko na języku, ale także w innych tkankach ludzkiego ciała. A odkrycie, że ciężka woda może wywoływać odpowiedzi receptora smaku stanowi ważną informację dla klinicystów i ich pacjentów.
