Celosvětově ojedinělý komplex

20.11.2018
Zdroj:
Gül Sürmelihindi et al., The second century CE Roman watermills of Barbegal: Unraveling the enigma of one of the oldest industrial complexes, Science Advances 05 Sep 2018: Vol. 4, no. 9, eaar3620, DOI: 10.1126/sciadv.aar3620
Zdroj
A - plánek okolí Barbegalu, k značí vyvěračky (karst spring) zanořených toků, které napájely jižní akvadukt. B - plánek bližšího okolí Barbegalu s vyznačenou polohou jižního (southern aqueduct) a severního aquaduktu (northern aqueduct). 9 km dlouhý Jižní akvadukt původně napájel město Arelate, ale v letech 120 až 130 po Kr. začal napájet nově postavený komplex pekáren. Do města vodu začal přivádět Severní akvadukt. Rekonstrukce Barbegalu s mlýnskými koly vně budov( C) a uvnitř budov (D), obr. Gül Sürmelihindi et al., The second century CE Roman watermills of Barbegal: Unraveling the enigma of one of the oldest industrial complexes, Science Advances  05 Sep 2018: Vol. 4, no. 9, eaar3620, CC BY-NC 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/.

Pekárna z římské doby v dnešním francouzském Barbegalu dosáhla vskutku průmyslových rozměrů. Mlýny na mletí mouky pohánělo 16 vodních kol ve dvou řadách. Předpokládaná denní produkce dosahovala 25 tun mouky, což by bylo dost pro 27.000 lidí. Velikost komplexu z 2.století po Kr. byla nevídaná nejen v antickém, ale v celém tehdejším světě. Archeologové ho odkryli v letech 1937 až 1939 8 km severovýchodně od dnešního města Arles, římského Arelate. Plánek s vyznačenou polohou Barbegalu a možný vzhled vidíme na obrázku.

Analýza obsahu izotopů 18O a 13C ve vodním kameni (uhličitanu vápenatém CaCO3) vysráženém na dřevěným součástkách mlýnů ukázala, že celý komplex na podzim nepracoval. Produktivní období v Barbigalu začínalo i končilo zhruba měsíc před zahájením a ukončením mořeplavecké sezóny ve Středozemním moři. Je proto velmi pravděpodobné, že se tu vyráběly suchary pro nedaleké přístavy Arelate a Fossae Marianae.

Nalezené úlomky povlaku vodního kamene spolu s náčrtkem dřevěných součástek, na kterých se usadily,  foto Philippe Leveau, Gül Sürmelihindi et al., The second century CE Roman watermills of Barbegal: Unraveling the enigma of one of the oldest industrial complexes, Science Advances  05 Sep 2018: Vol. 4, no. 9, eaar3620, CC BY-NC 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/.Dřevěná kola a žlaby se do dnešních dnů nedochovaly. Během původních vykopávek ve třicátých letech minulého století nalezli archeologové 142 úlomků vodního kamene, které dnes najdeme v Archeologickém muzeu v Arles. Usazeniny vznikly během několika desetiletí přímého kontaktu dřevěného zařízení s proudící vodou, a dosáhly 65 mm tloušťky. Zjevně při běžné údržbě je nikdo neodstraňoval.

Obsah izotopu kyslíku 18O kolísá s teplotou vody. Protože jde o nejtěžší izotop kyslíku, v zimní studené vodě je ho více než v teplé letní, ze které se odpařuje lépe. Rozdíly jsou skutečně nepatrné, ale současné metody analýzy obsahu izotopů dosahují značné citlivosti. Změny v koncentraci izotopu uhlíku 13C odrážejí kolísání vodní hladiny. Při vysokém stavu vody způsobeném zimními a jarními srážkami zůstává ve vodě více rozpouštěného oxidu uhličitého CO2. Při nízkém stavu vody CO2 lépe uniká do ovzduší a ve vodě zůstává relativně více jeho molekul s těžším izotopem 13CO2. Náhlé změny v koncentraci obou izotopů dokládají několikaměsíční prodlevy při mletí, které lze časově zařadit vyhodnocením teploty a stavu vody dle koncentrace obou izotopů.

Výsledky výzkumu komentuje jeden z autorů, Cees W.Passchier z Johannes Gutenberg-Universität Mainz: „Studie ukazuje, jak lze z prostého usazování vodního kamene ve starých vodních systémech využít k získání dalekosáhlých poznatků o archeologii budov a historických událostech.“ Přes optimistické tvrzení a velkou citlivost současných analytických metod nejasnosti o konstrukci barbegalského komplexu přetrvávají. Vodní kámen narůstal nejprve v šeru, tedy uvnitř budov nebo alespoň pod přístřeškem. Oproti tomu svrchní část vznikla na přímém světle, které umožňovalo růst fotosyntezujících organismů. Došlo k zásadní přestavbě nebo zřícení konstrukce? I náhlá změna porozity usazeného uhličitanu vápenatého naznačuje významnou změnu, jejíž podstata nám uniká.

 

Laser palí do nebe

19.11.2018
Zdroj:
F.P.Bustos et al., Remote sensing of geomagnetic fields and atomic collisions in the mesosphere, Nature Communications, volume 9, Article number: 3981 (2018), https://doi.org/10.1038/s41467-018-06396-7
Zdroj
Laser z kopule  Very Large Telescope Evropské jižní observatoře v severním Chile na hoře Paranal excituje kvůli kalibraci atomy sodíku v horních vrstvách atmosféry (Yuri Beletsky, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, via Wikimedia Commons).

Astronomové odhalili, že dvacet let starou technologii nastavení hvězdářských dalekohledů lze též použít ke studiu magnetického pole Země. Zásadní problém pro další zvětšování astronomických teleskopů na zemském povrchu představuje vlnění a proudění vzduchu, které rozostří obraz. Řešení představuje tzv. adaptivní optika. Dalekohled místo jednoho obrovského zrcadla tvoří stovky malých segmentů, přičemž každý lze v jistých mezích nastavit samostatně pomocí piezoelektrických manipulátorů. Údaje pro nastavení, které kompenzuje aktuální stav ovzduší, získáme pozorováním luminujících atomů sodíku ve výšce 85 až 100 km, kde přestavují standardní součást atmosféry. K excitaci atomů sodíku slouží laserový paprsek zamířený přímo z otevřené hvězdářské kopule (viz obr.).

Znázornění Larmorovy precese. Velká šipka vzhůru ukazuje směr vnějšího magnetického pole, menší šípka magnetický moment částice.Laser pálící do nebes může přinést i další informace. Atomy sodíku díky nepárovému záporně nabitému elektronu mají magnetický moment, který poslušen zákonům kvantové fyziky a elektromagnetismu vykonává precesní pohyb kolem siločar vnějšího magnetického pole. Hovoříme o Larmorově precesi (angl. Larmor precession). Odpovídá-li frekvence dopadajícího laserového záření Larmorově precesi, září excitované atomy sodíku nejjasněji. Takto lze studovat magnetické pole Země v oblasti, která je příliš vysoko pro pozemské a letecké detektory a příliš nízko pro satelitní. Felipe Pedreros Bustos z Johannes Gutenberg-Universität Mainz upřesňuje: „Protože frekvence precese je úměrná síle magnetického pole, můžeme tuto metodu použít k měření zemského magnetického pole.“

 

Rypoun vidí elektricky

18.11.2018
Zdroj:
Martin Gottwald et al., Electric-Color Sensing in Weakly Electric Fish Suggests Color Perception as a Sensory Concept beyond Vision, Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2018.09.036
Zdroj
Rypoun Petersův (Gnathonemus petersii), billycorgan84, Public domain, via Wikimedia Commons.

Elektrickým polem zkoumá okolí ryba rypoun Petersův (Gnathonemus petersii, angl. elephantnose fish, viz obr.). Dorůstá 25 cm a žije v povodí afrických řek Kongo a Niger. Speciální orgán na ocasu vytváří elektrické pole o frekvenci 80 Hz. Odraz od okolí vnímá pomocí receptorů umístěných po celém povrchu těla, zejména na chobotu. Loví v noci, kdy zrak není příliš k užitku. Elektrické pole je tak slabé, že ho svými smysly nemůžeme vnímat. V angličtině tento typ ryb označujeme jako weakly electric fish, ryba se slabým elektrickým polem, na rozdíl např. od parejnoků elektrických, jehož elektrické pole působí bolest.

Poslední výzkumy ukázaly, že rypoun má dva typy receptorů. Jeden z nich detekuje pouze amplitudu odraženého signálu, druhý i fázový posun. Prvý zobrazuje objekty jen s elektrickým odporem, jako např. kameny. Druhý detekuje i kapacitu objektů, kterou se vyznačují spíše živé organismy. Svou oblíbenou kořist, larvy hmyzu, rypoun tak hladce rozezná i ukrytou v bahně či písku říčního dna. „Larva pakomára se při této metodě zobrazení vyznačuje stálou elektrickou barvou. Výrazně se liší od ostatních larev, částí rostlin, příslušníků stejného druhu i jiných ryb,“ upřesňuje spoluautor objevu Martin Gottwald z Bonnské univerzity.

Pomocí obou receptorů vytváří na rybu mimořádně velký mozek rypouna obraz okolí analogický např. černobílé fotografii nebo našemu vidění ve tmě pomocí světlocitlivých tyčinek. Pro barevné vidění postačí tři typy světločivných čípků v sítnici oka.

Alfred Brehm v Životě zvířat o rypounech píše takto: “Čeleď dnes zvaní rypounovitízobonosů? (Mormyridae), také nilských štik zvaná, zahrnuje v sobě sladkovodní ryby africké, jejichž podoba bývá velice podivuhodná. Hlavním znakem mnohých druhů je čenich jako chobot prodloužený, takže hlava nabývá podobnosti s hlavou slona, tapíra nebo dokonce nějakého ptáka. Tohoto svého rypáku používají zobonosi k rozrývání bahna při hledání potravy, při čemž jim slouží zvláštní lalok kožní na konci rypáčku jako ústrojí hmatu. ... O způsobu života jejich se ještě udává, že jsou to zvířata velice nesnášenlivá a že v společné nádrži jedna druhou připraví o život.“ Podle Brehmův život zvířat, Díl II: Ryby obojživelníci a plazi, Sv.I: Ryby a obojživelníci, Nakladatelství J.Otto, společnost s r.o., Praha 1929, str.139 - 140.

 

Buchne do nás?

17.11.2018
Zdroj:
https://www.nasa.gov/content/osiris-rex-overview
Zdroj
Satelit OSIRIS_REx (foto NASA/University of Arizona) s vyznačením polohy jednotlivých přístrojů:  REXIS  - rentgenový spektrometr určený k průzkumu povrch, SAMCAM  - kamera pro snímání odběru vzorku, MAPCAM - kamera pro mapování povrchu asteroidu ve čtyřech barvách,  POLYCAM  - dalekohled o průměru 20 cm, který nejprve od vzdálenosti  dvou milionů kilometrů bude snímat asteroid a po přiblížení poslouží jako mikroskop, OTES - infračervený spektrometr,  OVIRS - spektrometr pro viditelné a infračervené záření, TAGSAM - robotická ruka pro odběr vzorků, OLA - lidar pro měření vzdálenosti laserovým paprskem. Rozměry satelitu jsou 6,2 x 2,43 x 2,43 m, váha  bez paliva 880 kg, s palivem 2.110 kg. Energii dodávají dva solární panely o výkonu 1.226 až 3.000 W v závislosti na vzdálenosti od Slunce.

V menší vzdálenosti než Měsíc proletí kolem Země asteroid 101955 Bennu o průměru 500 m. Přestože k průletu dojde až v příštím století, NASA v rámci výzkumu asteroidů, které se přiblíží Zemi, vyslala 8.září 2016 sondu OSIRIS-REx. Zkratka pochází z pojmenování Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer, které popisuje cíle mise. Přestože cíle dosáhne v roce 2020, první výsledky již shlédneme na časosběrném videu, které 4,25 hodinovou rotaci zkracuje na sedm sekund. Sondu vidíme na obrázku (foto NASA/University of Arizona) spolu s vyznačením jednotlivých přístrojů.

Při extrémně těsném průletu kolem asteroidu v roce 2020 odebere sonda pomocí 3,35 m dlouhé robotické ruky TAGSAM vzorky zvednuté z povrchu proudem dusíku. Operaci provede celkem třikrát. Na povrchu nepřistane, jen velmi těsně proletí. Experti odhadují, že odebere mezi 60 až 2.000 gramy povrchového regolitu, který po návratu v roce 2023 bude analyzován v pozemských laboratořích. Regolit je vrstva nezpevněné, různorodé horniny na pevném podloží. Vyskytuje se na Zemi, Měsíci, některých planetkách i planetách a asteroidech.

Zpomalení tělesa díky Jarkovského jevu ohříváním denní strany. Těleso rotující po směru hodinových ručiček  zespodu ohřívá elektromagnetické záření blízké hvězdy. Ohřátá plocha rovněž dle své teploty vyzařuje infračervené záření. Díky rotaci se  posouvá a vyzařuje IČ záření ve směru pohybu, čímž těleso nepatrně tlačí  na opačnou stranu, takže ho brzdí. Záření z blízké hvězdy tlačí těleso vzhůru.Důležitý cíl mise je i studium Jarkovského jevu (angl. Yarkovsky effect), nepatrné síly působící na kosmická tělesa vyvolané elektromagnetickým zářením. Způsobuje ji opoděné vyzařováním absorbované energie rotujícím tělesem. U nevelkých objektů může pozměnit dráhu. Jednu z možností působení Jarkovského jevu vidíme na obrázku, kde zpomaluje těleso ohříváním denní strany. Těleso rotující po směru hodinových ručiček zespodu ohřívá elektromagnetické záření blízké hvězdy. Ohřátá plocha rovněž dle své teploty vyzařuje infračervené záření. Díky rotaci se posouvá a vyzařuje IČ záření ve směru pohybu, čímž těleso nepatrně tlačí na opačnou stranu, takže ho brzdí (upraveno podle Miraceti at Czech Wikipedia, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/). Pro přesný výpočet maximálního přiblížení asteroidu Bennu k Zemi je vyhodnocení Jarkovského jevu velmi důležité.

 

Enzym nahradí skalpel

16.11.2018
Zdroj:
A.Zinger et al., Proteolytic Nanoparticles Replace a Surgical Blade by Controllably Remodeling the Oral Connective Tissue, ACS Nano 2018, 12, 1482-1490, DOI: 10.1021/acsnano.7b07983
Zdroj
Zub poutající kolagenové vlákno před působením kolagenázy (A), během působení (B) a po regeneraci (C) na snímku elektronového mikroskopu, A.Zinger et al., Proteolytic Nanoparticles Replace a Surgical Blade by Controllably Remodeling the Oral Connective Tissue, ACS Nano 2018, 12, 1482-1490.

Skalpel je nejznámější a nejdůležitější chirurgický nástroj, nicméně i v rukách zkušeného chirurga způsobuje značné poškození tkání. Izraelští vědci zatím na laboratorních potkanech testují, zdali by místo něj bylo možné využít citlivěji působící enzymy. Při některých ortodoncie = rovnání zubůortodontických? zákrocích musí lékař skalpelem přerušit kolagenová vlákna, která poutají zub ke kosti, aby následně mohl zkorigovat jeho polohu. Bílkovina kolagen je základní stavební hmotou pojivových tkání. V lidském těle ho najdeme 28 druhů.

Stejnou práci jako skalpel zvládnou enzymem kolagenázou naplněné liposomy, malé měchýřky z fosfolipidů. Po vpravení do dásně na místo působení kolagenáza pomalu proniká ven, kde ji aktivují běžně v tkáních přítomné vápenaté kationy Ca2+. Jak vidíme na obrázku, kolagenáza kolagenová vlákna rozpouští. Regeneraci zajistí přilehlé buňky vazivové tkáně zvané fibroblasty, která do okolí vylučují pojivový materiál a proteinová vlákna.

 

Exploze ovlivňují ionosféru

15.11.2018
Zdroj:
Scott, C. J. and Major, P.: The ionospheric response over the UK to major bombing raids during World War II, Ann. Geophys., 36, 1243-1254, https://doi.org/10.5194/angeo-36-1243-2018, 2018
Zdroj
Formace Létajících pevností Boeing B-17F přelétá Schweinfurt 17.srpna 1943, U.S. Army Air Force, Public domain, via Wikimedia Commons.

Vliv bombardování německých měst za druhé světové války pozorovali vědci až v ionosféře, téměř na hranici mezihvězdného prostoru. Pokles volných elektronů v F vrstvě v letech 1943 - 1945 přesně koreloval se 152 velkými nálety, během kterých množství svržených vysoce brizantních trhavin dosahovalo stovek tun. Vyplývá to z tehdejších měření od místa náletů zhruba tisíc kilometrů vzdálené Radio Research Centre v Sloughu ve Velké Britanii. Série krátkovlnných radiových pulsů sledovaly stav ionosféry ve výšce 100 až 300 km, zejména množství elektronů.

Sílu náletů popisuje spoluautor studie prof. Patrick Major z britské University of Reading: „Osádky po náletu hlásily, že jejich letadla poškodily tlakové vlny, přestože letěla nad doporučenou výškou. Bombardování obyvatelé běžně vzpomínali, že tlakové vlny vybuchujících pum je vyhazovaly do vzduchu a trhaly okna a dveře z pantů.“

Chemická struktura TNT (2-methyl-1,3,5-trinitrobenzen), nejběžnější trhaviny.Pokles elektronů v ionosféře způsobilo její nepatrné ohřívání tlakovými vlnami z explozí bomb. Jiné možné příčiny, jako bouřky, sopečné výbuchy nebo zemětřesení, které rovněž mají vliv na koncentraci elektronů v ionosféře, se podařilo vyloučit. Výbuch jedné tuny trinitrotoluenu TNT uvolní množství energie srovnatelné s úderem blesku.

Závislost teploty na výšce v zemské  atmosféře a elektronové hustoty na výšce v ionosféře, upraveno podle Bhamer, Public domain, via Wikimedia Commons.Ionosféru dělíme na tři vrstvy zvané D, E a F. Vrstva D ve výšce 50 až 90 km obsahuje molekuly oxidu dusnatého NO ionizované rentgenovým zářením. Vrstva E ve výšce 90 až 110 km obsahuje molekuly kyslíku O2 a dusíku N2 ionizované ultrafialovým světlem. Nejvýše leží vrstva F, též Appletonova vrstva, s maximální koncentrací volných elektronů z celé atmosféry, 105 až 106 elektronů na centimetr krychlový.

 

Plášť neslyšitelnosti

14.11.2018
Zdroj:
Zhiyuan Shen et al., Biomechanics of a moth scale at ultrasonic frequencies, PNAS, doi:10.1073/pnas.1810025115
Zdroj
Noční motýl Bunaea alcinae z čeledi martináčovitých dorůstá rozpětí 7 cm, obr. Lsadonkey, CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons.

Podrobné zkoumání šupinek na křídlech motýla Bunaea alcinoe (angl.cabbage tree emperor moth) z čeledi martináčovitých (Saturniidae) pomocí konfokální a elektronové mikroskopie odhalilo, že je tvoří dvě spojené vrstvy. Výpočty ukázaly, že jejich Frekvence, při kterých předmět kmitá více než při jiných. Jde o typickou hodnotu pro každý objekt.rezonanční frekvence? dosahují 28,4, 65,2 a 153,1 kHz, což přesně odpovídá sonaru netopýrů. Pro létajícího hmyzožravce je můra B.alcinoe neviditelná, protože neodráží zpět netopýří ultrazvukové vlny. „Další poznatky o akustických vlastnostech múřích šupinek by mohly vést k vývoji biologicky inspirovaných tlumičů zvuku pro celou řadu aplikací,“ uzavírá Zhiyuan Shen z University of Bristol.

Larvy (housenky) motýla B.alcinoe (foto Paul venter, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons). Noční motýli nejsou pouhá bezbranná potrava netopýrů. Některé druhy při zachycení sonaru odpoví důmyslným únikovým manévrem. Jedovatí noční motýli vlastním zvukem netopýry varují. Jak ukazuje poslední výzkum, výčet obranných prostředků nebyl zdaleka úplný. Na obrázku vidíme pestré larvy (housenky) afrického nočního motýla B.alcinoe (foto Paul venter, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).

 

Bezlepkové diety končí?

13.11.2018
Zdroj:
http://www.immusant.com/docs/ImmusanT-Nexvax-P2-FINAL.pdf
Zdroj
Lidský T lymfocyt na snímku elektronového mikroskopu, National Cancer Institute, public domain, via Wikimedia Commons.

Další fázi klinické studie vakcíny proti celiakii zahájila americká společnost ImmusanT, Inc. v Austrálii a na Novém Zélandu. Celiakií nazýváme autoimunitní onemocnění, které se projevuje chronickým zánětem tenkého střeva. Příčinou je nepatřičná imunitní reakce organismu na glykoprotein lepek (gluten), který nacházíme v obilninách. Postihuje zhruba 1% světové populace.

Očkovací látka Nexvax2 má pozměnit T lymfocyty, druh bílých krvinek, které přehnanou imunitní odezvu způsobují. Obsahuje bílkoviny s oblastmi, podle kterých T lymfocyty rozpoznávají lepek. Jde o očkování naruby. Místo povzbuzení imunitní odpovědi ji Nexvax2 má cíleně utlumit snížením produkce protizánětlivých cytokinů, menších signální proteinů. Fungovat může jen u celiaků s mutací genu imunitního systému HLA-DQ2.5, kteří představují 90% postižených.

Jediná současná možnost léčby celiakie je přísná bezlepková dieta, kdy běžné obilniny jako pšenice, ječmen, žito a oves nahradíme ve stravě přirozeně bezlepkovou rýží, kukuřicí nebo prosem. Lepek vytvářejí složité a nestravitelné bílkoviny s navázanými sacharidy glykoproteiny? s navázanými aminoskupinami. V těstě funguje jako obtížně nahraditelné pojivo, o čem svědčí i jeho pojmenování. Lepek od lepit je analogie latinského gluten, což značí lepidlo. Většinu populace neohrožuje a dodržování bezlepkové diety zdravými osobami je samoúčelné a nic nepřináší kromě možného placebo efektu. Zvažuje se i možnost odstraňování lepku z mouky pomoci bakteriálních enzymů, které by ho rozložily během hnětení těsta.

Karin Cabalova 15.11.2018: Ja som raz niekde počula, že keď sa potraviny obsahujúce lepok správne pripravia, sú stráviteľné aj pre ľudí s intoleranciou na lepok. Čiže ak sa nechá cesto riadne odležať(niekoľko hodín) lepok sa rozloží a je stráviteľný. Výrobky, ktoré kupujeme, sú úrýchlované a lepok sa v nich nerozkladá tak ako má. Aký je váš názor?

16.11.2018: Lepek je spolu se škrobem zásobní látka obilninového zrna, která se při klíčení určitě pomocí enzymů rozkládá. V nenaklíčeném zrně, a tudíž ani v mouce to neprobíhá. Nenašel jsem informaci o tom, že by k tomu v těstě samovolně docházelo. Mohly by to způsobit mikroorganismy z vnějšího prostředí.

Karin Cabalova 17.11.2018: mikroorganizmov, ktoré sa tam dostanú počas odpočíva ja cesta. To má logiku. Mne to totiž povedal jeden celiatik, že keď zje chlieb, ktorý je košér, to znamená urobený tak ako za čias kedy sa neurýchlovalo kysnutie, nemá problém ho stráviť. Mne to príde celkom logické. Hlavne keď sa zamyslím nad tým, že si nepamätám takúto intoleranciu z čias minulých. Dnes je ľudí čo tým trpia veľmi veľa.

18.11.2018: Srovnání s minulostí je ošidné. Vzhledem k rostoucí životní úrovni si můžeme dovolit být více nemocní. Před sto lety by nikdo nevyhazoval kvůli bolení břicha peníze za doktora, přemohl by se a šel do práce.

 

Jak snadno a levně

12.11.2018
Zdroj:
Jan Havlík, Vladimíra Petráková, Jan Kučka, Helena Raabová, Dalibor Pánek, Václav Štěpán, Zuzana Zlámalová Cílová, Philipp Reineck, Jan Štursa, Jan Kučera, Martin Hrubý a Petr Cígler: Extremely rapid isotropic irradiation of nanoparticles with ions generated in situ by a nuclear reaction. Nature Communications 2018, 9, 4467. DOI: 10.1038/s41467-018-06789-8
Zdroj
Schéma přípravy dusíkových vakancí v diamantu pomocí levnějšího ozařování neutrony v jaderném reaktoru oproti dosud užívaným urychlovačům, obr.UOCHB AV ČR.

připravit fluorescenční nanočástice pro medicínu v jaderném reaktoru - Tisková zpráva Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

Diagnostika chorob a porozumění procesům probíhajícím v buňkách na molekulární úrovni vyžaduje citlivé a selektivní diagnostické nástroje. Vědci jsou dnes schopni sledovat magnetická a elektrická pole v buňkách s rozlišením v řádu desítek nanometrů a s vysokou citlivostí díky krystalovým poruchám v částicích některých anorganických materiálů. Téměř ideálním materiálem pro tyto účely je diamant. Na rozdíl od šperkařských diamantů se ale pro aplikace v diagnostice a nanomedicíně používají asi milionkrát menší diamanty – nanodiamanty, které se připravují synteticky z grafitu za vysokých tlaků a teplot.

Čistý nanodiamant však o svém okolí mnoho nesdělí. Jeho krystalová mřížka se musí nejprve řízeně poškodit tak, aby v ní vznikly zvláštní poruchy (tzv. centra dusíkvakance) umožňující optické čtení. Poškození se vytváří nejčastěji ozářením nanodiamantu rychlými ionty v částicových urychlovačích.

Plný text tiskové zprávy.

Rejnok filtruje

11.11.2018
Zdroj:
R.V.Divi et al., Manta rays feed using ricochet separation, a novel nonclogging filtration mechanism, Science Advances 26 Sep 2018: Vol. 4, no. 9, eaat9533, DOI: 10.1126/sciadv.aat9533
Zdroj
Čelní pohled na mantu obrovskou, foto Arturo de Frias Marques, CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons.

Dosud nepopsaným způsobem filtruje potravu rejnok manta obrovská (Mobula birostris, angl. giant oceanic manta ray). Žije v teplých vodách všech světových oceánů. Významnou část potravy získává odfiltrováním planktonu z mořské vody skrze specializovaná vlákna žaber. A musí to být nějakého planktonu, aby dorostl váhy 1,5 tuny a velikosti 4,5 m! Co žaberní filtr nepropustí, putuje do žaludku. Zbytek odtéká do oceánu. Poslední výzkumy ukázaly, že zachytí i mnohem menší tvorečky, než kolik činí průměr otvorů ve filtru. Na videu v přirozeném prostředí si mantu obrovskou můžeme prohlédnout zde.

Schéma ricochetového oddělování (R.V.Divi et al., Manta rays feed using ricochet separation, a novel nonclogging filtration mechanism, Science Advances  26 Sep 2018: Vol. 4, no. 9, eaat9533, CC BY-NC, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/).Fungování neobvyklého filtru objasnili vědci pomocí modelu vytištěného na 3D tiskárně a řešením rovnic pro tok kapaliny. Voda v rejnokově tlamě proudí podél žaberního filtru rychlostí 60 cm/s. Klíčovou roli hraje výstupek (lalok) před každým pórem, od kterého se miniaturní plankton odrazí a otvor přeskočí. Jde jak v přírodě, tak v technologiích o novou, zcela ojedinělou metodu oddělení pevných částic a kapaliny. Objevitelé ji nazvali ricochet separation, ricochetové oddělování. Funguje, i když rozdíl v hustotě mezi kapalinou a částicí je zanedbatelný. Zanášení filtru nehrozí. Nejde o filtrování v původním smyslu slova. K separaci dochází na základě proudění kapaliny podél speciálně utvářeného povrchu, jak vidíme na obrázku (R.V.Divi et al., Manta rays feed using ricochet separation, a novel nonclogging filtration mechanism, Science Advances 26 Sep 2018: Vol. 4, no. 9, eaat9533, CC BY-NC, https://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/). Při vhodné rychlosti proudění lze oddělit částice o průměru nad 0,2 mm.

 

Rostou a tají

10.11.2018
Zdroj:
Seguinot, J., Ivy-Ochs, S., Jouvet, G., Huss, M., Funk, M., and Preusser, F.: Modelling last glacial cycle ice dynamics in the Alps, The Cryosphere, 2018, 12, 3265-3285, https://doi.org/10.5194/tc-12-3265-2018
Zdroj
Pohled od severu na Piz Daint, podle kterého byl pojmenován švýcarský superpočítač, foto Adrian Michael,  CC-BY-SA-3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5, via Wikimedia Commons.

Na animaci shlédneme vývoj zalednění Alp za posledních 115 tisíc let. Při maximálním zalednění před 25 tisíci lety dosáhl ledovcový splaz skoro až k Mnichovu. Model zalednění vznikl z geologických a geografických údajů a analýzy izotopů pomocí modelu PISM (Parallel Ice Sheet Model). „Použitím ledovcových modelů jako PISM na supercomputerech jako Piz Daint zvládneme zrekonstruovat historii zalednění s bezprecedentními detaily,“ říká šéf glaciologického týmu Julien Seguinot z ETH Zurich. Superpočítač Piz Daint, pojmenovaný podle 2.968 m vysoké hory v Ortlerských Alpách, najdeme ve Swiss National Supercomputing Centre v Luganu.

 

Repelent hubí mloky

9.11.2018
Zdroj:
Rafael M. Almeida al., High mortality in aquatic predators of mosquito larvae caused by exposure to insect repellent, Royal Society Biology Letters, October 2018, Volume 14, issue 10, doi: 10.1098/rsbl.2018.0526
Zdroj
Chemická struktura ikaridinu.

Larvy mloků hubí sloučenina ikaridin, která je klíčovou součásti mnoha hmyzích repelentů. Chemickou strukturu vidíme na obrázku. Prostřednictvím odpadních vod proniká do přírody. Např. postříkáme kůži repelentem a po čase jdeme do sprchy. Ikairidin smyjeme a spláchneme do kanálu, kde jeho koncentrace může dosáhnout až 3 μg/l. Čističkou prochází bez problémů a dostává se do povrchových vod.

Mlok axolotl skvrnitý (Ambystoma maculatum),  Camazine at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).Experimenty s severoamerickým mlokem axolotlem skvrnitým (Ambystoma maculatum , angl. yellow-spotted salamander) ukázaly, že po 25 dnech umírá 45 - 65% larev ve vodě s koncentrací ikaridinu 2 μg/l. „Rozsah úmrtnosti larev je strašlivý. Výsledky ukazují, že mločí larvy trpí závažnými malformacemi a vysokou úmrtností, jsou-li vystaveny environmentálně významným hladinám repelentů obsahujících účinnou látku ikaridin,“ říká spoluautorka výzkumu Barbara A. Han z Cary Institute of Ecosystem Studies. Dřívější experimenty škodlivost ikaridinu neodhalily, protože probíhaly příliš krátkou dobu. Standardně se při stanovení toxicity nechává sloučenina působit čtyři dny, zatímco mločí larvy umíraly až po 25 dnech.

Chemická struktura N,N-diethyl-3-methylbenzamidu, zkráceně DEET.Decimování obojživelníků ikaridinem spouští nepříjemnou zpětnou vazbu. Larvy hmyzu přežijí jeho působení bez problémů. Mloci je normálně požírají ve velkém. Pokud larvy obojživelníků nedospějí, vyroste více hmyzu. Možnost představují repelenty obsahující sloučeninu DEET neboli diethyltoluamid (viz obr.). Její škodlivé působení nebylo během provedených experimentů zaznamenáno. Dosahuje-li koncentrace ikaridinu ve splaškových vodách 3 μg/l, je vůbec možné, aby po projití čističkou a velkém naředění v povrchových vodách dosáhla jeho koncentrace testované 2 μgramů na litr?

 

Vidím, mluvím

8.11.2018
Zdroj:
A.Majid et al., Differential coding of perception in the world’s languages, PNAS November 6, 2018 115 (45) 11369-11376, https://doi.org/10.1073/pnas.1720419115
Zdroj
Mapa světa s vyznačenými studovanými jazyky a jménem příslušného experta v závorce, obr. A.Majid et al., Differential coding of perception in the world’s languages, PNAS November 6, 2018 115 (45) 11369-11376.

Platí obecně, že lidé nejlépe umí řečí popsat zrakové vjemy a nejméně čichové, nebo jde o kulturně podmíněnou vazbu? Vezmeme-li pět základních smyslů, zrak, sluch, hmat, chuť a čich, bez problémů popíšeme, co vidíme jak z hlediska tvaru, tak barvy. U čichu si zpravidla vypomůžeme přirovnáním smrdí (voní) jako...

Zkoumání dvaceti různých jazyků včetně znakových (sign language), které provedli experti z Max-Planck-Institut für Psycholinguistik v holandském Nijmegenu, ukázalo, že pro nás samozřejmá vazba neplatí obecně. Íránci hovořící jazykem farsí a obyvatele Laosu jsou nejlepší v popisu chutí. Jazyky dogul dom v Mali a siwu v Ghaně mají nejlepší vazbu mluveného slova na hmat. „Téměř ve všech kulturách je nejobtížnější mluvit o vnímání vůní,“ říká jeden z autorů studie Asifa Majid. Čich, jako evolučně nejstarší smysl, se nejvíce vzpírá mluvenému popisu.

Nicméně mizející australský jazyk umpila, kterým hovoří asi 100 lidí, vyjadřuje nejlépe pachové vjemy. Na obrázku vidíme mapu světa s vyznačenými studovanými jazyky. V závorce pod nimi je uvedené jméno příslušného experta (obr. A.Majid et al., Differential coding of perception in the world’s languages, PNAS November 6, 2018 115 (45) 11369-11376).

 

Rozlišíme BRCA1

7.11.2018
Zdroj:
G.M.Findlay et al., Accurate classification of BRCA1 variants with saturation genome editing, Nature, volume 562, pages 217–222 (2018) https://doi.org/10.1038/s41586-018-0461-z
Zdroj
Struktura bílkoviny BRCA1 (Emw, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).

Po preventivní oboustranné Chirurgické odstranění celé mléčné žlázy zpravidla i s bradavkou a prsním dvorcem.masektomii? herečky Angeliny Jolie v roce 2013 není pravděpodobně nikdo, kdo by neslyšel o genech BRCA. Pojmenování vzniklo jako zkratka z BReast CAncer, rakovina prsu. Jde o dva geny, BRCA1 a BRCA2, které kódují shodně pojmenované bílkoviny BRCA1 a BRCA2. Chceme-li odlišit, kdy máme na mysli gen a kdy protein, píšeme jako v této aktualitě první kurzivou a druhý normálním písmem. Proteiny BRCA1 a BRCA2 jsou enzymy, které v buňce odpovídají za opravy poškozené molekuly deoxyribonukleové kyseliny DNA v jádře. Dojde-li ke změně struktury (mutaci) v řetězci DNA, mají odlišnou strukturu i vznikající bílkoviny a nemusí být funkční. BRCA1 a BRCA2 neopravují poškozenou DNA, což vyústí v rakovinné bujení.

Ne každá změna DNA znamená, že odpovídající bílkovina ztratí funkčnost. Pouze část molekuly enzymu tvoří tzv. aktivní centrum, které zodpovídá za příslušnou chemickou reakci. Změna v tomto segmentu zpravidla znamená, že enzym přestane fungovat. Zbytek molekuly podpírá aktivní centrum a drží celou částici pohromadě. Zde nepatrně odlišná struktura nemívá žádné významné důsledky. Vyhodnocení více než 4.000 mutací genu BRCA1 z hlediska možných důsledků provedli pomocí metody CRISPR/Cas9 genetikové z Department of Genome Sciences, University of Washington v Seattlu. „Doufáme, že naše databáze bude stále rozsáhlejší, a tím pomůže při interpretaci výsledků genetických testů,“ říká spoluautorka výzkumu Lea M. Starita.

Její nadšení schlazuje Stephen Chanock z National Institutes of Health v americké Bethesdě: „Může být lákavé použít nové testy ihned k identifikování nebezpečných mutací. Páteří každého genetického testu je však dostupnost dostatečných klinických dat, abychom určité variantě mohli přiřadit konkrétní riziko. Pouhá data získaná in vitro by neměla být základem lékařského poradenství, přinejmenším dokud metoda Findlaye a jeho kolegů nebude ověřena.“

 

Složíme krabičku

6.11.2018
Zdroj:
Yi-Yang Zhan et al., Induced-fit expansion and contraction of a self-assembled nanocube finely responding to neutral and anionic guests, Nature Communications, volume 9, Article number: 4530 (2018) https://doi.org/10.1038/s41467-018-06874-y
Zdroj
Chemická struktura molekuly, která vytváří stěnu nanokrychličky.

K nanotrubicím a všem dalším nanoútvarům připojili chemici z Tokijské univerzity nanokrabičku či nanokrychličku, která se samovolně skládá. Každou její stěnu tvoří derivát hexafenylbenzenu o průměru 2 nm, jehož chemickou strukturu vidíme na obrázku. Má tvar kola se šesti ozuby nebo poetičtěji, sněhové vločky. V roztoku se díky působení slabých mezimolekulárních sil složí, jak vidíme na animaci. Stabilní zůstává do 130 oC.

„V roztoku se šest molekul spojí tak rychle, že nelze pozorovat vlastní vznik krychle. Přes proces samoorganizace zůstává záhadou,“ komentuje prof. Shuichi Hiraoka, šéf laboratoře, ve které nanokrabičku připravili. Jak vidíme ve druhé části animace, do dutiny lze zachytit další neutrální nebo záporně nabitou molekulu o objemu 0,074 až 0,535 nm3. Vzhledem ke kladným nábojům stěn nanokrabičky (viz vyobrazení struktury), zůstanou kladně nabité molekuly mimo.

 

Jíte pražmu?

5.11.2018
Zdroj:
https://www.wissenschaft.de/geschichte-archaeologie/228173/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=wissenschaft.de_19-10-2018
Zdroj
Družicový snímek laguny Bardawil, která je označena červeně (foto NASA, http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=64868, Public domain.)

Nadměrný rybolov probíhal již v době bronzové. Archeologické vykopávky ve dvanácti lokalitách v současném Izraeli, jak pobřežních, tak vnitrozemských, ukázaly, že tři čtvrtiny zkonzumovaných ryb mořanů zlatých nepochází z nejbližšího mořského pobřeží. Z analýzy izotopů kyslíku v dochovaných rybích zubech vyplývá, že vyrostly v prostředí s mnohem vyšší salinitou. V úvahu přichází jedině laguna Bardawil na severním pobřeží Sinajského poloostrova. Od moře oddělené slané jezero o ploše 700 km2 je nanejvýš tři metry hluboké. Koncentrace solí dosahuje až 7,4%, podstatně více než 3,95 % ve Středozemním moři.

Mořen zlatý na snímku Tonyho Hisgetta, Birmingham, UK (Gilthead BreamUploaded by tm), CC BY 2.0, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0, via Wikimedia Commons.Mořan zlatý (Sparus aurata) zvaný též pražma nebo dorada (viz obr.) je oblíbená 2 kg těžká lovná ryba, které se v laguně Bardawil skvěle daří. Intenzivní rybolov a export sušených ryb do Palestiny probíhal od doby bronzové před 3.500 lety až po byzantskou éru ukončenou arabským vpádem v 7. století. Archeologové vypozorovali, že od pozdní doby bronzové velikost exportovaných ryb stále klesala. „Rybolov a obchod s rybami zřejmě narostl tolik, že zvířata více nedorostla,“ vysvětluje Thomas Tütken z Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Stejný problém, se kterými se dnes potýkáme ve všech lovných vodách.

 

Slepí veleptáci

4.11.2018
Zdroj:
C.R.Torres, J.A.Clarke, Nocturnal giants: evolution of the sensory ecology in elephant birds and other palaeognaths inferred from digital brain reconstructions, PNAS, 7 November 2018, Volume 285, issue 1890, DOI: 10.1098/rspb.2018.1540
Zdroj
Kreslená rekonstrukce pštrosa obrovského (Acrocynus, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).

Madagaskarští obří ptáci byli aktivní v noci, což je u tak velkých tvorů překvapivé. Digitální rekonstrukce mozkoven nedávno vyhynulého pštrosa obrovského (Aepyornis maximus) a pštrosa Hildebrandtova (A. hildebrandti) ukázala překvapivě malé optické laloky (angl. optic lobe), což značí velmi slabý zrak. Velikostí jsou srovnatelné s příbuznými nočními nelétavými novozélandskými ptáky rodu kivi (Apteryx). „Byl jsem ohromen, že vizuální systém tak velkého ptáka může být tak malý. Nikdo doposud nepředpokládal, že obří ptáci mohou být noční. Nyní můžete ve fantazii nechat velkolepé obry kráčet skrz hlubokou temnotu madagaskarského lesa,“ říká spoluautor výzkumu Christopher R. Torres z University of Texas at Austin.

Oba zmínění veleptáci, kteří vyhynuli jen před několika sty roky, patřili k největším madagaskarským tvorům. Hmotnost pštrosa obrovského odhadujeme na 500 kg a výšku na 3 m. Kreslenou rekonstrukci vidíme na obrázku (Acrocynus, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons). Čichový (olfaktorický) bulbus (angl.olfactoric bulb), který přijímá informace z čichových receptorů, byl velmi dobře vyvinut. Je možné, že čich byl v přítmí pralesa mnohem užitečnější než zrak. Rekonstrukce mozku vznikla na základě tomografického průzkumu dochovaných lebek.

 

Potíme izopren

2.11.2018
Zdroj:
Stönner C, Edtbauer A, Derstroff B, Bourtsoukidis E, Klüpfel T, Wicker J, et al. (2018) Proof of concept study: Testing human volatile organic compounds as tools for age classification of films. PLoS ONE 13(10): e0203044. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203044
Zdroj
Chemická struktura izoprenu.

Lidé vylučují kůži tím více izoprenu, čím jsou nervóznější, napjatější nebo vzrušenější. Chemici z Max-Planck-Institut für Chemie v Mainzu (Mohuč) k tomu dospěli nikoliv v laboratoři, nýbrž v kině. Pomocí hmotového spektrometru sledovali koncentraci 60 různých těkavých organických sloučeninu v ovzduší obsazeného kinosálu. Vzorky odebírali každých 30 sekund. Koncentrace izoprenu tak přesně korelovala s drsností scény na plátně, že je podle ní možné exaktně stanovit, od kolika let by film měl být mládeži přístupný.

„Náš přístup poskytuje objektivní vodítko pro rozhodnutí, jak by měly být filmy klasifikovány. Zjevně se mimovolně vrtíme na sedadle nebo nám roste svalové napětí, jsme-li nervózní nebo vzrušení,“ vysvětluje šéf vědeckého týmu Jonathan Williams. Experimenty proběhly celkem 135 x u jedenácti různých filmů s 13 tisíci diváků.

Izopren, též isopren (angl. isoprene), systematicky 2-methyl-buta-1,3-dien, vylučuje mnoho druhů rostlin, zejména stromů, např. duby, topoly, eukalypty. Chemickou strukturu vidíme na obrázku. U lidí ho nacházíme ve svalech. Při jakémkoli pohybu přechází prostřednictvím oběhového systému do plic a na kůži, kde se odpařuje. Ve vydechovaném vzduchu jde o nejkoncentrovanější uhlovodík. V chemickém průmyslu slouží jako surovina pro výrobu umělého kaučuku.

 

Zimní je lepší

1.11.2018
Poloha šišinky mozkové neboli epifýzy na řezu lidským mozkem, public domain, via Wikimedia Commons.

Trvalý zimní čas je zdraví prospěšnější než stálý letní, tvrdí experti z Fyziologického ústavu Akademie věd ČR. „Vědecké důkazy, které jsou v současné době k dispozici, naznačují, že zavedení trvalého standardního tj. „zimního“ času je nejlepší volbou pro veřejné zdraví. Ponechání celoročně ST zajistí lidem v zimě více expozice rannímu světlu a v létě budou lidé méně vystaveni večernímu světlu. Tím se lépe synchronizují jejich biologické hodiny a spánek bude nastaven na dřívější dobu ve vztahu k pracovní době a školnímu času. Lidé budou celkově psychicky zdravější a pracovní i školní výkony se zlepší,“ zdůrazňuje Alena Sumová, vedoucí oddělení chronobiologie ve Fyziologickém ústavu Akademie věd ČR. Plný text příslušného tiskového prohlášení najdeme zde.

Pod tiskovým prohlášením je podepsána i prof.Helena Illnerová, bývalá předsedkyně Akademie věd ČR a přední odbornice na cirkadiánní rytmy. Se svým týmem jako první na světě odhalila, že tvorbu hormonu melatoninu ve žláze šišince mozkové (epifýze, angl. pineal gland) řídí biologické hodiny v mozku (viz obr.). Trvalé zavedení zimního času podporuje i naše vláda. Shodné stanovisko zastávají i příslušné evropské odborné společnosti. Zimní neboli standardní čas odpovídá času astronomickému, kdy Slunce je na nejvyšším bodu své dráhy v poledne.

Chronobiologie zkoumá vliv denních (cirkadiánních) rytmů a sezónních změn na živé organismy. Za objev molekulárního mechanismu, který řídí cirkadiánní rytmus, byla v loňském roce udělena Nobelova cena.

Zajímavý rozhovor s prof.Helenou Illnerovou na DVTV o význam standardního středoevropského (zimního) času.

 

Diskuse/Aktualizace