Chemotaxe rozsivek

6.2.2016
Shlukování rozsivek Seminavis robusta kolem hrudky rozpustného křemičitanu ve středu obrázků, Bondoc, K. G. V. et al., Selective silica-directed motility in diatoms. 7:10540 doi: 10.1038/ncomms10540 (2016).

Rozsivky (Diatomeae) patří k velmi rozšířeným fotosyntezujícím jednobuněčným řasám s křemičitanovou schránkou. Zodpovídají za pětinu celkové produkce kyslíku. Najdeme je ve všech typech vod. Karen Grace a Georg Pohnert z Friedrich-Schiller-Universität Jena spolu s dalšími kolegy zjistili, že rozsivky se pohybují ve směru rostoucí koncentrace rozpuštěných křemičitanů, z nichž vyvářejí své schránky. Určit směr rostoucí koncentraci není snadné, máte-li k dispozici pouze jediný aktuální údaj z místa, kde se nacházíte. Rozsivky musí mít zakódovaný jakýsi algoritmus, kterým koncentrace vyhodnocují a jež jim určuje směr dalšího pohybu. Jeho podstatu se však zatím odhalit nepodařilo. Různé typy chemotaxe, jak tento pohyb podle koncentračního gradientu nějaké sloučeniny nazýváme, známe u řady dalších mikroorganismů. Shlukování rozsivek Seminavis robusta najdeme na tomto 50x zrychleném videu a na obrázku (Bondoc, K. G. V. et al., Selective silica-directed motility in diatoms. 7:10540 doi: 10.1038/ncomms10540 (2016)).

 

Genom štěnice

5.2.2016
Štěnice domácí (Cimex lectularius), foto  United States Department of Health and Human Services, via Wikimedia Commons.

Nedávná kompletní analýza genomu štěnice domácí (Cimex lectularius) ukázala, v čem spočívá úspěšnost tohoto parazita, který se převážně živí lidskou krví. Mezi jejími 14.220 geny najdeme několik důležitých skupin. Předně jsou to geny, které zajišťují velkou odolnost vůči insekticidům. Jde nejspíš o stejný detoxifikační systém, který umožňuje, že se štěnice živí přímo krví. Nepřekvapí, že v jejich genomu najdeme řadu genů zodpovědných za trávení krve. Řada dalších, původně bakteriálních genů zodpovídá za přípravu nutných živin, jež v krvi nenajdeme. U některých jedinců nacházíme i nový typ sodného kanálu, odolného proti některým insekticidům. Zajímavé je malé množství čichových genů. Zřejmě to souvisí s úzkou specializací jejich nositele. Mnoho genů kóduje informaci o struktuře velmi pružné a houževnaté bílkovině resilinu, která dodává jejich kutikule elasticitu. Umožňuje to samičkám rychlé zotavení po traumatickém oplodnění, které v podstatě spočívá v probodnutí spodní strany zadečku. Důležitá je i stavba těla, jež je rovněž určena geneticky. Jeho neobvykle plochý tvar včetně absence křídel umožňuje ukrytí i ve velmi úzké štěrbině. Studii vytvořil i na dnešní poměry velký mezinárodní vědecký tým, který čítal desítky členů. Projekt navrhl Joshua B. Benoit z University of Cincinnati, Coby Schal z North Carolina State University v Raleigh a Stephen Richards z Baylor College of Medicine v texaském Houstonu. I když štěnice přímo žádné choroby nepřenášejí, jde o nepříjemné parazity, kteří nás doprovázejí již po 3.000 let. S rozšířením insekticidů ve druhé polovině 20.století jejich výskyt poklesl, nicméně v posledních dvou dekádách opět zahájily své vítězné tažení světem.

akademon.cz 10.4.2013: Fazolemi na štěnice

 

Kulinářská katastrofa

4.2.2016
Římské fermentační nádrže na výrobu rybí omáčky v Portugalsku, foto Igiul, via Wikimedia Commons.

Amatérský podvodní archeolog Simon Luca Trigona nalezl v hloubce 200 m u ligurského pobřeží vrak velké římské nákladní lodi s velmi zajímavým nákladem. Tvoří ho na 3.000 amfor s rybí omáčkou zvanou garum. Šlo o velmi oblíbené dochucovadlo antického světa, které vznikalo fermentací rybích zbytků. Součástí dálněvýchodní kuchyně je do dnešních časů. Rybí omáčka chutná podobně jako známější omáčka sojová nebo naše magi. Výrazná chuť ve všech případech vzniká rozkladem bílkovin z nasolených vysušených tkání různého původu. U magi přirozenou fermentaci nahradila rychlejší tepelná hydrolýza jinak nepoužitelných živočišných bílkovinných zbytků kyselinou chlorovodíkovou. V římském Středomoří se s rybí omáčkou zřejmě čile obchodovalo, protože nalezené potopené plavidlo dosahuje délky 30 m. V antice šlo o velkou obchodní loď. Patří mezi pět největších vraků kdy nalezených římských obchodních lodí. K této kulinářské katastrofě došlo někdy během prvních dvou století našeho letopočtu. Na obrázku vidíme římské fermentační nádrže na výrobu rybí omáčky v Portugalsku (foto Igiul, via Wikimedia Commons).

 

Tkaná molekula

3.2.2016
Postup syntézy tkané makromolekuly z horního levého rohu dolů, připravená struktura je znázorněna úplně dole, THF značí rozpouštědlo tetrahydrofuran, BF4- tetrafluoroboritanový aniont, měďné kationy znázorňují fialové kroužky, Y. Liu et al., Science 351, 365 (2016)

Zajímavou makromolekulu, jejíž struktura připomíná z vláken utkanou tkaninu, připravili chemici z mezinárodního týmu prof. Omara M. Yaghiho z University of California v Berkeley. Její strukturu vidíme na obrázku úplně dole (Y. Liu et al., Science 351, 365 (2016)). Rozhodující pro její stabilitu je správné překřížení lineárních makromolekul. Jejich vzájemnému posouvání brání slabší chemické interakce mezi 1,10-fenantrolinovými částmi makromolekulárního řetězce v místě překřížení. Celý postup syntézy najdeme na témž obrázku seshora dolů (Y. Liu et al., Science 351, 365 (2016)). V levém horním rohu vidíme strukturu komplexu, ze kterého vyšli. Jeho ligandy propojili pomocí aldehydických skupin -CHO a molekul benzidinu H2N-C6H4-C6H4-NH2 . Vhodné prostorové rozmístění reakčních center vytvořilo onu propletenou strukturu. Umožnilo totiž syntézu lineárním makromolekuly vždy jen jedním směrem. Posledním krokem bylo reverzibilní odstranění měďných kationtů Cu+ ze struktury. THF značí použité rozpouštědlo, jímž byl tetrahydrofuran, BF4- tetrafluoroboritanový aniont který zajišťoval elektroneutralitu reakční směsi.

 

Lovy na drony

2.2.2016
Dron prof.Rastgaara (Michigan Technological University) loví jiný dron do sítě.

S rostoucím počtem dronů (malých bezpilotních letounů), narůstá i potřeba udržet ve vzduchu provoz podle pravidel. K tomu patří i odstraňování protiprávně se pohybujících dronů příslušnou policejní složkou. Možností, jak to provést, existuje několik. Společnost Boeing testuje laser, který dron prostě sestřelí. Méně drastické je rušení řídícího signálu, které ale pro autonomní stroje fungovat nebude. Tým prof. Mo Rastgaara z Michigan Technological University sestrojil dron, který narušitele odchytí do sítě, což vidíme na obrázku a na tomto videu. Klasické sokolnictví plánuje využít nizozemská policie. Společnost Guard from Above, kterou založil a vede Sjoerd Hoogendoorn, pro ni trénuje dravé ptáky. Jak vidíme na videu, vycvičený dravec dron prostě uloví.

 

Elektrolýza biomasy

1.2.2016
Schéma výroby vodíku z biomasy, upraveno podle High efficiency hydrogen evolution from native biomass electrolysis, Liu, Wei, 2016, Energy & Environmental Science, Energy Environ. Sci., The Royal Society of Chemistry, 1754-5692, DOI: 10.1039/C5EE03019F10.1039/C5EE03019F, http://dx.doi.org/10.1039/C5EE03019F), POM značí kyselinu fosforečnopolymolybdenovou

Nahrazení fosilních paliv vodíkem by mohlo představovat zajímavou alternativu, pokud se podaří vyvinout levnou metodu získávání tohoto výbušného plynu a pokud se podaří zvládnout jeho třaskavost. Se zajímavou metodou výroby vodíku přímo z biomasy přišli chemici z laboratoře prof. Yulin Deng z Georgia Institute of Technology v americké Atlantě. Sacharidy rostlinného původu jako celulózu, škrob, lignin nebo rovnou dřevo nejprve za tepla nebo za využití slunečního záření zoxidují kyselinou fosforečnopolymolybdenovou H3PMo12O40. Tu pak zpětně oxidují elektrolyticky, přičemž se uvolňuje plynný vodík. Oproti tradiční elektrolýze vody je spotřeba energie šestinová. Schéma procesu vidíme na obrázku (upraveno podle High efficiency hydrogen evolution from native biomass electrolysis, Liu, Wei, 2016, Energy & Environmental Science, Energy Environ. Sci., The Royal Society of Chemistry, 1754-5692, DOI: 10.1039/C5EE03019F10.1039/C5EE03019F, http://dx.doi.org/10.1039/C5EE03019F); POM značí kyselinu fosforečnopolymolybdenovou. Otázkou je, zdali vůbec náhrada fosilních paliv rostlinnými biopalivy představuje správnou cestu. Jak ukazují rozsáhlé lesní požáry na Sumatře založené kvůli získání plochy na palmové plantáže, jde o hru s ohněm.

akademon.cz 19.7.2007: Nečekané důsledky zavádění biopaliv

 

Abstraktní geometrie

30.1.2016
metoda výpočtu popsaná na babylonských tabulkách, upraveno podle M. Ossendrijver, Ancient Babylonian astronomers calculated Jupiter’s position from the area under a time-velocity graph, Science  29 Jan 2016: Vol. 351, Issue 6272, pp. 482-484 DOI: 10.1126/science.aad8085

Historik a astrofyzik Mathieu Ossendrijver z berlínské Humboldtovy univerzity rozluštil obsah pěti babylonských klínopisných tabulek uložených v Britském muzeu, které pocházejí z doby 350 až 50 let př.n.l. Dokládají, že tehdejší astronomové užívali abstraktní geometrie při svých výpočtech, což jsme tak úplně nepředpokládali. Po svém vzniku byla geometrie dlouho vázána na konkrétní fyzické objekty. Např. úsečky představovaly hranice polí a úhelníky pozemky. Ačkoli k oddělení geometrie od jejích fyzických nosičů dospěli Babyloňané někdy v letech 1.800 - 1.600 př.n.l., doklady užití geometrických metod v astronomii chyběly.

Na zmíněných klínopisných tabulkách najdeme konkrétně popis výpočtu pohybu planety Jupiter na základě pozorování jeho denních posunů. Podstatu metody vidíme na obrázku (upraveno podle M. Ossendrijver, Ancient Babylonian astronomers calculated Jupiter’s position from the area under a time-velocity graph, Science 29 Jan 2016: Vol. 351, Issue 6272, pp. 482-484 DOI: 10.1126/science.aad8085) V grafu je vynesena závislost denního úhlového posunu Jupitera na čase po dobu 120 dní. Celkový posun za delší dobu, konkrétně v grafu za 60 dní určíme jako plochu odpovídajícího lichoběžníku. Tu nejsnáze určíme jako plochu obdélníku o shodném obsahu. Evropští učenci tuto metodu vynalezli až ve 14.století.

I když si to neuvědomujeme, s babylonským přínosem matematice se setkáváme prakticky denně. Staří Babyloňané pro své výpočty užívali šedesátkovou soustavu. Z té doby nám zůstalo dělení hodin a jak časových, tak úhlových minut na šedesát dílu. Zavedli rovněž měření úhlů pomocí 360 stupňové stupnice.

 

Hmyzí transplantace

29.1.2016
černopáska Heliothis virescens, foto R.J. Reynolds, Tobacco Company Slide Set, United States, Bugwood.org, Creative Commons Attribution 3.0

Tykadla hmyzu jsou velmi citlivým čichovým orgánem, který dokáže zaznamenat i jedinou molekulu některých sloučenin. Zajímavý experiment s nimi provedli Seong-Gyu Lee a Neil J. Vickers z University of Utah v Salt Lake City spolu s Kathy Poole a Charlesem E. Linnem Jr. z Cornell University. Mezi dvěma druhy amerických můr černopásek Heliothis virescens a Heliothis subflexa vyměnili u samčích larev zárodečnou tkáň, ze které vyrůstá nervové propojení mezi ganglii a tykadly. Složení feromonů u obou těchto druhů je odlišné. Otázkou bylo, na jaký feromon bude reagovat černopáska s transplantovanými nervovými buňkami. Pokud na svůj původní, rozhodující roli při interpretaci signálu tykadel hrají nervová ganglia. Pokud na feromon druhého druhu, důležité je propojení tykadel s ganglii. Výsledek byl překvapující. Černopásky s transplantovanou tkání nejlépe reagovaly na nový směsný feromon. Vyplývá z toho, že zpracování signálů z hmyzích tykadel je komplexní proces. Na obrázku vidíme černopásku Heliothis virescens, foto R.J. Reynolds, Tobacco Company Slide Set, United States, Bugwood.org, Creative Commons Attribution 3.0.

 

Hru go ovládly stroje

28.1.2016
hra go

Fan Hui, evropský šampión ve hře go, podlehl softwaru AlphaGo londýnské společnosti DeepMind, která se zabývá vývojem umělé inteligence. Založili ji roku 2010 Demis Hassabis, Shane Legg a Mustafa Suleyman. V roce 2014 ji koupila společnost Google Inc. Je zajímavé, že Alpha Go se vydal na svou vítěznou cestu až téměř dvaceti let od okamžiku, kdy se počítač stal velmistrem šachovým. Za přelomovou událost v této oblasti pokládáme vítězství šachového superpočítače Deep Blue společnosti IBM nad Garry Kasparovem v roce 1997. Hra go se hraje na čtverci 19 x 19 se 361 hracími poli na rozdíl od šachů, které jich mají jen 64 (8 x 8). Počet možných postavení je tedy velmi výrazně vyšší než u šachů nebo dámy. Hrací kameny v go jsou sice stejné, ale vyhodnotit jejich vliv je mnohem složitější, protože závisí i na postavení ostatních kamenů. Šachové figurky se sice liší, ale jejich vlastnosti jsou přesně definovány a nezávisí na ostatních. Vývojáři společnosti DeepMind proto šli zcela jinou cestou. Deep Blue je jednoúčelové zařízení pro hraní šachů, vytvářející možné kombinace rychleji a ve větším počtu než i ti nejlepší lidští šachisté. Algoritmus použitý v AlphaGo funguje na interpretaci herních situací, takže je mnohem obecnější. Kromě go zvládá ještě 48 dalších arkádových her. Využívá metody neuronových sítí a samozřejmě zvládá učení. Další důležité měření sil mezi člověkem a strojem proběhne v březnu, kdy se s AlphaGo utká jihokorejský profesionál Lee Sedol, pokládaný za nejlepšího hráče go na světě.

 

300 milionů let spolu

26.1.2016
stopy po vrtání parazitů do svých hostitelů na fosíliích lilijic, foto Carlton Brett, University of Cincinnati

Paleontologům se podařilo na základě fosilií popsat vzájemné soužití hostitele a parazita po dobu tří set milionů let. Některé druhy mořských živočichů lilijic (Crinoidea) napadal od středního ordoviku asi před 460 až 470 miliony let parazitický plž. Zpočátku jen překrýval jejich vyvrhovací otvor a odpady lilijic mu sloužily jako potrava. Jak zjistil prof.Tomasz Baumiller z University of Michigan spolu s prof.Forestem Gahnem z Brigham Young University v Idahu, stal se parazitický plž postupně agresivnější a svou radulou se provrtával skrz krunýř lilijic do jejich trávicí trubice. Podle prof. Carltona Bretta z University of Cincinnati se v devonu před 416 až 359 miliony let situace ještě zkomplikovala. Jak u lilijic, tak u jejich parazitů se objevují ostny. Měly je zřejmě společně chránit před plovoucími predátory, např. žraloky, kteří se v devonu objevili. Podle analogie se současnými lilijicemi můžeme soudit, že ani tehdy nepředstavovaly zajímavou potravu. Jejich vypasení parazité však ano. Avšak útok predátora na parazita byl smrtící i pro lilijici, takže vznikla jejich společná ochrana. Ve střední juře před 165 - 175 miliony let fosilie hostitelů i jejich parazitů mizí. Každopádně jde o nejdelší zdokumentované soužití organismů vůbec. Na obrázku vidíme na zkamenělinách lilijic stopy po vrtání parazitů do svých hostitelů(foto Carlton Brett, University of Cincinnati).

 

Molekulární pumpa

25.1.2016
struktura v textu zmíněných molekul (1) a (2)

je složitý bílkovinný systém molekulárních rozměrů, který žene molekuly nebo ionty proti jejich koncentračnímu spádu, samozřejmě za vynaložení energie. Setkáme se s nimi v membránách živých organismů. Zajímavou molekulu, která by se mohla stát základem syntetické molekulární pumpy, připravil Chuyang Cheng se svými kolegy z laboratoře profesora sira Jamese Frasera Stoddarta z Northwestern Universit v Illinois. Její struktura je na obrázku označena číslem (1). Kladné náboje ve spodní části řetězce brání cyklobis(paraquat-p-fenylen) tetrakationtu (2), aby se na ni navlékl. Po jeho redukci na dikation-biradikál se situace změní. Protože kladných nábojů je méně, odpudivé síly mezi nimi poklesnou a molekula (2) pronikne až k rozvětvenému středu řetězce. Po zpětné oxidaci navlečeného iontu na tetrakation (2) odpudivé síly mezi jeho kladnými náboji a kladnými náboji řetězce opět vzrostou. Díky nim přejde (2) přes rozvětvený střed molekuly (1) na část molekuly, která je na obrázku nahoře. Odtamtud nemůže uniknout, protože přes rozvětvený horní konec molekuly (1) prostě neprojde. Nemůže ani zpátky, netlačí ho tam odpudivé elektrostatické síly. Cyklobis(paraquat-p-fenylenové) tetrakationty (2) se v redukčně oxidačních cyklech postupně navlékají na molekulu (1) jako prstýnky. Pohybují se po ní pouze ve směru šipky a postupně se hromadí na konci molekuly (1), který je na obrázku nahoře.

 

Poskakující soukuklí

24.1.2016
poskakující kukly vosičky Bathyplectes anurus, video Joriko Saeki

Parazitická vosička Bathyplectes anurus klade svá vajíčka do larev brouka klikoroha vojtěškového (Hypera postica) z čeledi nosatcovitých, který se s oblibou popásá na lánech hospodářské vojtěšky. Zmíněná vosička se používá jako biologický prostředek boje proti tomuto škůdci. Z vajíčka vosičky se vylíhne larva, která svého hostitele postupně požírá, jak už je u parazitů zvykem. Nakonec larva vosičky vytváří samostatnou kuklu uvnitř kukly svého hostitele. V této fázi provádí občas tak prudké pohyby, že posune celé soukuklí až o 5 cm (video Joriko Saeki). Joriko Saeki se svými kolegy z Kjúšúské univerzity v japonské Fukuoce důkladně prostudovala, proč vlastně tuto energeticky náročnou činnost kukla vosičky provádí. Jejich výsledky ukazují, že si takto vyhledává optimální polohu na zastíněném, nepříliš suchém místě. Pohyb rovněž vyvolá přítomnost mravenců, které je požírají.

 

Devátá planeta?

22.1.2016

Výpočty Konstantina Batigyna a Mike Brown z Californian Institute of Technology (Caltech) v kalifornské Pasadeně ukazují, že v temných hlubinách Vesmíru za Neptunem může obíhat ještě jedna planeta asi desetkrát hmotnější než naše Země. Pro porovnání - planete Neptun je zhruba sedmnáctkrát hmotnější než Země. Gravitačním působením neznámé hmotné planety vysvětlují neobvyklou provázanost poloh perihélií a oběžných drah šesti nejvzdálenějších větších objektů Kuiperova pásu, např. planetky Sedna. Oběžná doba deváté planety se pohybuje mezi 10 až 20 tisíci let při vzdálenosti od Slunce mnoha desítek miliard kilometrů. Pro srovnání u nejvzdálenější planety Neptun oběžná doba toliko lehce přesáhne 84 let a velké poloosa dráhy činí přibližně 4,5 miliardy km. Gravitačním působením tehdy neznámého Neptunu na oběžnou dráhu Uranu se podařilo v polovině 19.století osmou planetu objevit. Devátá na své pozorování dalekohledem doposud čeká.

Leopold Kyslinger 24.1.2016: Spíše bych věřil na gravitační působení množiny menších těles. Velká planeta? Je to příliš lákavá myšlenka na to, aby to byla pravda.

 

Kovové lepení

21.1.2016
schematické znázornění kovového lepení, obr.MesoGlue

Kovy můžeme kromě jiného spojovat nejrůznějšími lepidly, nicméně lepení pomocí kovové slitiny vynalezl až Hanchen Huang z bostonské Norteastern University se svými kolegy. Základem jsou kovové hřebínky mikroskopických rozměrů, které pokrývá buď indium nebo galium. Dostanou-li se do kontaktu, vzhledem ke svým nízkým teplotám tání se v sobě začnou již za pokojové teploty rozpouštět a vytvoří tak slitinu. Teplota tání india činí 156,6 oC, galia pouhých 29,8 oC.Schematicky to vidíme na obrázku od společnosti MesoGlue. Jde vlastně o pájení za normální teploty. Mezi spojovanými povrchy vznikne pevné, zcela kovové spojení. To může být důležité např. v elektrických obvodech anebo při spojování integrovaných obvodů a jejich chladičů. Cílem nové společnosti MesoGlue, kterou prof.Huang založil se svými dvěma postgraduálními studenty, je uvést nové lepidlo na trh.

 

3D tisk kompozitu

20.1.2016
uspořádání skleněných vláken do vláken vlivem ultrazvuku, T.M. Llewellyn-Jones et al., 3D printed components with ultrasonically arranged microscale structure, Smart Mater. Struct. 25 (2016) 02LT01 (6pp) doi:10.1088/0964-1726/25/2/02LT01, Creative Commons Attribution 3.0 licence

3D tiskovou hlavu, která vytváří sklolaminát, sestrojili Thomas M. Llewellyn-Jones, Bruce W. Drinkwater a Richard S. Trask z University of Bristol. Sklolaminát je pevný kompozitní materiál složený ze skelné tkaniny a plastu, zpravidla epoxidové pryskyřice. Ani tato nová 3D tiskárna nezvládne pracovat s skelnou tkaninou v makroměřítku. V tiskové hmotě ji nahrazují komerčně dostupná skleněná vlákna Lanxess MF7904 o průměru 14 a délce 50 mikrometrů. Jako plast použili světlem vytvrditelnou pryskyřici. Správné uspořádání skleněných vláken, a tudíž pevnost výsledného materiálu, zajišťuje ultrazvuk. Tento proces můžeme shlédnout na videu (T.M. Llewellyn-Jones et al., 3D printed components with ultrasonically arranged microscale structure, Smart Mater. Struct. 25 (2016) 02LT01 (6pp) doi:10.1088/0964-1726/25/2/02LT01, Creative Commons Attribution 3.0 licence). Vytvrzení zajistí tisková hlava s laserovou diodou, která vyzařuje na vlnové délce 405 nm. Za zmínku určitě stojí, že vynálezci vyšli z české na trhu dostupné 3D tiskárny Prusa i3.

 

Hlístice pěti tváří

19.1.2016
Pět typů ústního tvoru u hlístice Pristionchus borbonicus, bílá úsečka je 20 mikrometrů dlouhá, V. Susoy et al., Large-scale diversification without genetic isolation in nematode symbionts of figs, Science Advances  15 Jan 2016: Vol. 2, no. 1, e1501031, DOI: 10.1126/sciadv.1501031

Po osmi letech výzkumu zjistili Vladislav Susoy, Ralf J. Sommer a Matthias Herrmann z Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie v Tübingenu spolu s dalšími kolegy, že pět různých druhů hlístic, které žijí na divokých fíkovnících na ostrově Reunion v Indickém oceánu, je ve skutečnost druhem jediným. Jak vidíme na obrázku, utvářením ústního otvoru a jeho přizpůsobením odlišné potravě (např. bakterie, houby, jiné hlístice) se liší tak výrazně, že biologové je morfologicky pokládali za různé biologické druhy. Teprve genetická analýza odhalila naprostou totožnost jejich genomů, což značí, že jde o druh jediný. Objevitelé ho pojmenovali Pristionchus borbonicus. Mikroskopický snímek podle V. Susoy et al., Large-scale diversification without genetic isolation in nematode symbionts of figs, Science Advances 15 Jan 2016: Vol. 2, no. 1, e1501031, DOI: 10.1126/sciadv.1501031, bílá úsečka je 20 mikrometrů dlouhá.

 

Tepelná konzerva

18.1.2016
struktura cis-azobenzenu (nahoře) a trans-azobenzenu (dole).

Zajímavé využití již dlouho známé vlastnosti azobenzenu C6H5N2C6H5 odhalili chemici David Zhitomirsky, Eugene Cho a Jeffrey C. Grossman z MIT. Jeho molekula se vyskytuje ve formě dvou izomerů, cis a stabilnější trans (viz obr.). Jeden v druhý přechází po pohlcení fotonu vhodné vlnové délky. Navážeme-li molekuly azobenzenu jako boční řetězce na dlouhou polymerní molekulu, jeho typické chování zůstane zachováno. V této podobě ho lze využít k uchování tepla. Vystavíme-li tenkou folii z azobenzenem modifikovaného polymeru slunečním paprskům, přejde úplně na svůj méně stabilní cis izomer. Ten postupně přechází na stabilnější trans izomer, přičemž se nadbytečná energie uvolňuje ve formě tepla. Poločas toho procesu činí přibližně 55 hodin. Zatím lze takto uchovat energii 30 Wh/kg, což není příliš mnoho. Doposud se o azobenzenu uvažovalo spíše v souvislosti s konáním mechanickém práce:

akademon.cz 29.10.2007: Pracující azobenzen

akademon.cz 13.6.2002: Pracující molekula

 

Proč ptáci nešediví?

17.1.2016
pestře zbarvené sojčí pírko (Parnell, A. J. et al. Spatially modulated structural colour in bird feathers. Sci. Rep.5, 18317; doi: 10.1038/srep18317 (2015).

Sojka obecná (Garrulus glandarius) je hezky zbarvený ptáček z čeledi krkavcovitých řádu pěvců. Její peří je bílé, černé, světle i tmavomodré. Nezpůsobuje to přítomnost různých barviv, jak bychom si mohli myslet a jak bychom zbarvení asi řešili my. Během růstu ptačího pera v něm vznikají mikroskopické keratinové struktury, které odráží díky interferenci světlo jen určitých vlnových délek, např. modré. Prokázal to Andrew J.Parnell se svými kolegy z University of Shefield a Andrewem R.Parkerem z londýnského Natural History Museum. Keratinové struktury kontinuálně mění své rozměry, takže různé části jednoho pera získají odlišné zbarvení. Vidíme to na fotografii sojčího pírka (Parnell, A. J. et al. Spatially modulated structural colour in bird feathers. Sci. Rep.5, 18317; doi: 10.1038/srep18317 (2015). Protože barvu ptačího peří určují stabilní bílkovinné struktury a nikoliv barevné molekuly, s věkem na rozdíl od savčí srsti degraduje jen nepatrně. Obdobným způsobem dosahují svých zářivých barev brouci.

 

Nejstarší čaj

16.1.2016
struktura theaninu

Čaj je tu s námi již přes dva tisíce let. Archeologický tým Čínské akademie věd vedený Choujüanem Luem identifikoval jeho zbytky v hrobce čínského císaře Ťing Tiho z dynastie západní Chan, která leží asi 20 km severně od města Sian v provinci Šansi. Stáří rostlinných zbytků určili na 2.100 let. Že jde o listy čajovníků čínského (Camellia sinensis) vyplývá z nalezených sloučenin , které jsou pro něj typické, zejména theaninu. Jeho strukturu vidíme na obrázku. Listy čajovníku ho obsahují až 1% suché váhy.

 

Léčivý jíl

15.1.2016
odkryté ložisko modrého oregonského jílu, foto Arizona State University

Léčivé účinky některých jílů založené na jejich dezinfekčním působení zná lidstvo již od starověku. Mechanismus jejich působení odhalili Lynda Williams, Rajeev Misra, Maitrayee Bose z Arizona State University teprve nyní. Všechno záleží na správném obsahu železnatých a hlinitých iontů v jílu. Bakterie ke svému životu potřebují jisté množství železnatých iontů, jež do buněk pronikají speciálními kanálky. Hlinité kationy Al3+ je zablokují v průchodném stavu, takže se bakterie otráví přílišným přívalem železnatých kationtů Fe2+. Na obrázku vidíme odkryté ložisko modrého oregonského jílu (foto Arizona State University).

 

Molekulární reaktor

14.1.2016
struktura enzymy NiFe-hydrogenáza

Přes svou těkavost a třaskavost by vodík mohl alespoň částečně nahradit uhlovodíková paliva z ropy. Základní problém vodíkového hospodářství, o kterém se stále hodně spekuluje, je, že nemáme k dispozici dostatečně levný zdroj vodíku. Naprostou většinu ho dnes vyrábíme z ropných uhlovodíků. Využívat vodík jako náhradu suroviny, z níž ho získáváme, by bylo absurdní i v dnešním světě. Umíme ho rovněž připravit elektrolýzou vody, což je vzhledem k ceně elektřiny nákladný způsob. Elegantní řešení představují enzymy. Ve velkém se s nimi pracuje obtížně, protože jde o citlivé biologické molekuly. Ke správném fungování potřebují nějakou okolní molekulární strukturu, která je bude chránit a stabilizovat. Se zajímavým řešení přišli chemici z laboratoře prof. Trevora Douglase z Indiana University v Bloomingtonu za pomoci běžné bakterie Escherichia coli. Využili ji jako bioreaktor, který zkombinoval enzym NiFe-hydrogenázu s ochranným obalem bakteriofága P22. V tomto miniaturním bioreaktoru si enzym podržel svou aktivitu a bez problémů uvolňoval z vody vodík. NiFe-hydrogenáza má své jméno proto, že její aktivní místo, kde probíhá katalyzována reakce, tvoří klastr několika atomů železa Fe a niklu Ni. Nachází se uvnitř bílkovinné struktury, kterou vidíme na obrázku (autor Jaminkoo.82 via Wikimedia Commons).

 

Znovu grafen

13.1.2016
struktura grafenu

O grafenu nepadla na stránkách akademonu již dlouho žádná zmínka. Jde o tak studovanou látku, že se mohlo zdát, jakoby všechny její vlastností už byly popsány. Nicméně se ukazuje, že to nemusí být úplně pravda a že je stále co objevovat. Skrze monoatomické vrstvy grafenu a nitridu boritého BN bez vad projdou jedině atomy nebo ionty vodíku, žádné větší atomy. M. Lozada-Hidalgo a S.Hu s dalšími kolegy z laboratoře nositele Nobelovy ceny za rok 2010 Andre K. Geima na University of Manchester ukázali, že neprojde ani těžký vodík, deuterium. Zvažují využití tohoto jevu k vzájemnému oddělení obou izotopů. Jádro nejrozšířenějšího lehkého vodíku H tvoří jediný proton, v atomovém jádru deuteria (těžkého vodíku) D najdeme navíc ještě jeden neutron. V jejich elektronovém obalu se nachází shodně jeden elektron, takže jsou chemicky obtížně rozlišitelné, protože reagují velmi podobným způsobem. Nicméně drobné rozdíly existují, např. při průchodu tenkou membránou. Strukturu grafenu vidíme na obrázku, strukturu monovrstvy nitridu boritého BN najdeme zde.

 

Solné čidlo do úst

12.1.2016
čidlo měřící množství pozřené soli přímo v ústech, foto Virginia Commonwealth University

Integrovaný obvod, který vám přímo v ústech změří množství pozřené soli, zhotovili prof. Richard Costanzo a Woon-Hong Yeo z Virginia Commonwealth University spolu s dalšími kolegy. Vlastní senzor vznikl padesáti kroky pomocí standardních litografických technik na 20 mikrometrů silné měděné folii. Na trhu dostupné mikroprocesory slouží ke sběru dat a jejich odeslání přes Bluetooth třeba na váš chytrý mobil. Celé zařízení se nachází na elastické plastové destičce, která se umístí do úst obdobně jako třeba rovnátka. Vidíme ho na fotografii (Virginia Commonwealth University). Vnímání chutí je dosti subjektivní záležitost, kterou ovlivňují i naše zvyky. Proto odhad množství soli, která vstoupí do našeho organismu, čistě pomocí slané chuti pokrmů, může být velmi ošidný. Co je někomu přesolené, jinému se může zdát nedosolené. Přitom při některých chorobách, např. zvýšeném krevním tlaku, jde o důležitou informaci. Cílem vynálezců je dotáhnout jejich čidlo do stavu, kdy by přímo po napojení na příslušné nervy vyvolávalo chuťové vjemy u lidí, kteří o ně z nějakého důvodu přišly.

 

Chemický jeřáb

11.1.2016
změny struktury molekuly při přenosu funkční skupiny z jednoho jejího konce na druhý

V laboratoři prof. Davida A. Leigha z britské Manchester University připravili velmi zajímavou organickou molekulu, která funguje jako chemický jeřáb. Chemicky navázanou molekulu 3-merkaptopropanhydrazid o složení HSCH2CH2(C=O)NHNH2 přenese pomocí horní části molekuly, která funguje jako otočné rameno, z jedné své strany na druhou. Konkrétně na naší animaci, která celý proces znázorňuje, z levé strany na pravou.

 

Rychlí chameleoni

10.1.2016
madagaskarský chameleon obrovský (Furcifer oustaleti), foto Bernard Gagnon via Wikimedia Commons

Chameleoni loví hmyz tak, že prudce vystřeli svůj jazyk a pomocí lepivého sekretu nebo malého chápavého prstíku na jeho konci ho zachytí a přenesou do úst. Christopher W. Anderson z Brown University v americkém Providence pomocí vysokorychlostní kamery potvrdil starší předpoklad, že menší druhy chameleonů pohybují svým jazykem rychleji a dosáhnou dále. V okamžiku, kdy spatří kořist, zaplní svůj dutý jazyk tekutinou a vystřelí ho pomocí svalstva u jeho kořene a rychlým stahem svalu, který spojuje kost jazylku s hrudním košem. Toto ústrojí je u menších druhů relativně větší vzhledem k hmotnosti těla. Po zlomek vteřiny dosáhne zrychlení jazyka u brokesie ostnité (Rhampholeon spinosus) až 2.590 m/s2, což je 264 krát více než tíhové zrychlení g udělované gravitačním polem Země. Je podivuhodné, že měkká tkáň dokáže něco takového vůbec přečkat. Při přetížení 20 g dochází už i k mechanickému poškození kostí. Příčinou je velmi krátká doba, po kterou je tkáň takovému přetížení vystavena. Nepřesáhne totiž ani 2 setiny sekundy. Nejnižší zrychlení pozoroval Ch.W. Anderson mezi dvaceti různými druhy chameleonů z celkových 150 druhů čtyř rodů (Bradypodion, Calumma, Chamaeleo a Furcifer) u největšího známého chameleona, pojmenovaného chameleon obrovský (Furcifer oustaleti). Dosáhlo 286 m/s2, což je také slušná rychlost. Úspěšný lov chameleona přilbového (Trioceros hoehnelii) vidíme na tomto videu.

 

Samota zabíjí

9.1.2016

Psychiatr Robert Waldinger z Harvard University přednesl výsledky nejdéle probíhající psychologické studie. Začala ve 30. letech minulého století se 724 účastníky a probíhá dodnes, přičemž věk zbývajících již přesahuje 90 let. Jejím cílem bylo sledovat pocity štěstí během jejich celého života a porovnat představy mladých účastníků s pozdější realitou. Kromě klasických pohovorů a dotazníků využívala též lékařské zprávy, informace od rodinných příslušníků, ale třeba i monitoring mozku. Výsledek je jednoznačný - nejdůležitější jsou dobré vztahy nejen v rodině, ale i k přátelům a komunitě, v níž žijí. Takoví lidé jsou šťastnější, zdravější a dožívají se vyššího věku. Studie zahrnuje dvě skupiny účastníků, jednak studenty Harvardovy univerzity, jednak děti z nejchudších rodin. Mezi její účastníky patřil i prezident Spojených států. Dr. Waldinger, v pořadí již čtvrtý vedoucí projektu, při své přednášce neuvedl, do které skupiny patřil.

Ondra Pracný 11.1.2016: Příliš zobecňující. Citace z článku: "Výsledek je jednoznačný - nejdůležitější jsou dobré vztahy nejen v rodině, ale i k přátelům a komunitě, v níž žijí. Takoví lidé jsou šťastnější, zdravější a dožívají se vyššího věku." ----- Nemusí se dožívat vyššího věku. Co třeba další faktory - jestli třeba nepijí ve velkém množstí alkohol, nekouří, nejsou fyzicky pasivní apod. Uvést, že "samota zabíjí" je velmi laciné, když je potřeba brát ohled dalších x okolností.

15.1.2016: Vzhledem k počtu účastníků a délce studie jsou v ní samozřejmě zahrnuty i další faktory, které mohou délku života ovlivnit, např. to kouření, alkohol, fyzická aktivita. Ze studie pochopitelně nevyplývá, že každý jedinec s harmonickými vztahy žije déle. Její výsledky z hlediska prognózy pro jednotlivce jsou pouze pravděpodobnostní. Tak už tomu u předpovědí založených na statistice bývá. Máte návrh na nějaký dražší titulek?

Richard Molek 16.1.2016: Ale to je asi subjektivní - já to vnímám jinak než ty Ondro, z mého pohledu skutečně samota člověka pomalu psychicky a časem potažmo i fyzicky zabíjí. Z toho, že to každý vidíme jinak je možné vidět, že to není nějak jednoznačně dáno ve smyslu jedinné možné správné interpretace vedoucí k nějakému konsensu = ono asi hodně záleží na tom, jak to čtenář pochopí a jak si do toho promítne vlastní názory, situaci, předpoklady, atd. což nepochybně ovlivní jeho závěrečný dojem z článku.. Vědecké studie mají často až několik desítek stránek a prostě není v časových možnostech většiny lidí to číst celé + Kademon to shrnuje pro laiky, kteří ani většinou žádné studie číst nechtějí. A proto každá vědecká studie na začátku či na konci musí obsahovat tzv. ABSTRACT, což je velmi stručný hlavní výcuc, závěr ke kterému se ve studii došlo. No a shrnutí studie zde na Akademonu je něco na ten způsob. Akademon uvádí jen krátké zprávy ze světa vědy - jde jen o výcuc hlavního závěru. To není zjednodušení, tuto formu podle mě volí cíleně s ohledem na čtenáře, kteří moc nemají čas číst, je to jako někde v novinách SLOUPEK, a myslím, že to většina čtenářů chápe a vyhovuje jim to.. Mimochodem, dřív než něco namítneš, tak si nejprve zkus sám najít zdrojovou studii, prozkoumat jak se věci mají a pak se k tomu teprve vyjádřit. Lze to za pět minut vygooglit..

 

Brýle pro kudlanku

8.1.2016
samička kudlanky Sphodromantis lineola s modro-zelenými stereoskopickými brýlemi, V. Nityananda et al., Insect stereopsis demonstrated using a 3D insect cinema, Scientific Reports, 2016/01/07/online, vol.6, p.18718, doi:10.1038/srep18718

Experimenty neurologického týmu pod vedením profesorky Jenny Read z Newcastle University potvrdily, že kudlanka Sphodromantis lineola vidí prostorově. Jde zatím o jediného známého bezobratlého, který disponuje touto schopností. Prostorové vidění má řada vyšších živočichů (např. lidé i další savci), u kterých zorná pole jejích očí se z větší části překrývají. Mnoho druhů ptáků má oči po stranách hlavy. Jejich zorné pole je sice výrazně větší, ale nevidí prostorově. Vzdálenost jednotlivých objektů určují podle jejich relativních posunů při pohybu.

Schopnosti kudlanky potvrdili vědci pomocí barevných filtrů před jejíma očima, jak to vidíme na obrázku (V. Nityananda et al., Insect stereopsis demonstrated using a 3D insect cinema, Scientific Reports, 2016/01/07/online, vol.6, p.18718, doi:10.1038/srep18718). Jde vlastně o malé stereoskopické brýle, jaké využíváme v některých typech 3D kin. Protože kudlanky špatně vidí v červené oblasti, místo kombinace barev červená - modrá, vhodné pro nás, při experimentu posloužila kombinace zelená - modrá. Reakce testované samičky kudlanky na vjemy složené z dvourozměrných barevných ploch dokazují, že vidí prostorově. Na tomto krátkého videu můžeme shlédnout průběh pokusu a experimentální uspořádání.

 

Výuka varanů

7.1.2016
nahoře varan žlutoskvrnný ze zoo v Cincinnati (foto Greg Hume, via Wikimedia Commons), dole ropucha obrovská (Wikimedia Commons, GNU Free Documentation License)

Původní australské predátory vážně ohrožuje původně středo a jihoamerická ropucha obrovská (Rhinella marina), zavlečená do Austrálie v roce 1935. Pokud ji sežerou, otráví se. Protože se ropucha obrovská dobře množí, je hojná a své teritorium zvětší ročně o přibližně 50 km. Pro původní australské predátory tak představuje vážnou hrozbu. Georgia Ward-Fear se svými kolegy z University of Sydney a ve spolupráci s Balanggarra Aboriginal Corporation, která obhospodařuje pozemky západoaustralského kmene Balanggarra, začala na malých ropuchách trénovat varany žlutoskvrnné (Varanus panoptes). Pokud se v mladém věku dostanou do kontaktu s malými ropuchami obrovskými, poučí se a později se jim vyhýbají. Šance na jejich přežití tím podstatně vzroste. Oba dotčené živočichy vidíme na obrázku; nahoře varana žlutoskvrnného ze zoo v Cincinnati (foto Greg Hume, via Wikimedia Commons), dole ropuchu obrovskou (Wikimedia Commons, GNU Free Documentation License).

 

Unikátní nález

6.1.2016
foto Ruská akademie věd

Podle sdělení Ruské akademie věd se archeologickému týmu pod vedením Alexeje Alexejeva z jejího Archeologické ústavu podařilo odkrýt nedotčenou podzemní zbrojnici z druhé poloviny 16.století. Leží v zaniklé středověké vesnici Ignatijevskoje poblíž města Zvenigorodu v Moskevské oblasti. Kromě šavlí, kyrysů a typických přilbic (viz obr., foto Ruská akademie věd), řádně uložených v kožených pouzdrech, jsou součástí nálezu i výstrojní prvky: opasky, stany a kotlíky. Šlo zřejmě o výzbroj a výstroj pro družinu místního bojara. Zbrojnice se nacházela pod jeho dřevěným domem, který z neznámých důvodů zcela vyhořel a na ukryté zbraně se zapomnělo.

 

Léčivý tmel

5.1.2016
Porézní struktura zatuhlého tmelu na snímku z rastrovacího elektronového mikroskopu (J.Zhang et al., A simple and effective approach to prepare injectable macroporous calcium phosphate cement for bone repair: Syringe-foaming using a viscous hydrophilic polymeric solution , Acta Biomaterialia, online 26 November 2015, doi: 10.1016/j.actbio.2015.11.055).

Vzhledem k tomu, že naše kosti až ze 65 % tvoří miniaturní krystalky hydroxyfosforečnanu vápenatého Ca5(PO4)3(OH), nepřekvapí, že ke zpevnění části rozdrcených při úrazech používají chirurgové a ortopedi tmel z podobných sloučenin. Podstatně ho vylepšil experti z Nanteské univerzity pod vedením Pierra Weisse. Jejich tmel vytváří po zatuhnutí porézní strukturu, takže se během hojení lépe zapojí do okolních tkání. Nejprve smísí 30% roztok dihydrogenfosforečnanu sodného NaH2PO4 se silanizovanou hydroxypropylmethylcelulózou a vzduchem. Jde o chemicky upravenou celulózu, na jejíž molekulu se prostřednictvím některých jejích -OH skupin naváží skupiny methylové -CH3, hydroxypropylové -CH2CH(OH)CH3 nebo alkoxysilanové -Si(OR)3. Vzniklou pěnu smísí s pevným fosforečnanem vápenatým Ca3(PO4)2 rozetřeným s 2,5% roztokem dihydrogenfosforečnanu sodného. Velkou výhodou je, že tmel lze připravit jednoduše pomocí několika injekčních stříkaček přímo na místě. Porézní strukturu zatuhlého tmelu vidíme na snímku z rastrovacího elektronového mikroskopu (J.Zhang et al., A simple and effective approach to prepare injectable macroporous calcium phosphate cement for bone repair: Syringe-foaming using a viscous hydrophilic polymeric solution , Acta Biomaterialia, online 26 November 2015, doi: 10.1016/j.actbio.2015.11.055).

 

Nové raketové palivo

4.1.2016
struktura iontové kapaliny použitelné jako vynikající raketové palivo

Raketové palivo, které se při styku s okysličovadlem vznítí bez inicializace, umožňuje jednodušší konstrukci proudových motorů. Doposud se využívá několik derivátů hydrazinů NH2NH2. Například legendární lunární modul Apollo, který přepravil astronauty na a z Měsíce, využíval ve všech svých motorech paliva ze směsi hydrazinu a dimethylhydrazinu NH2N(CH3)2 v poměru 1 : 1. Jako okysličovadlo posloužil oxid dusičitý NO2. Nevýhodou použitelných derivátů hydrazinu je jejich jedovatost, karcinogenita a snadné vlhnutí. Zajímavou variantu proto představují iontové kapaliny založené na derivátech borohydridového iontu BH4-. Jako kation slouží organický amin. Iontové kapaliny nejsou těkavé, takže i když nejsou zrovna zdraví prospěšné, práce s nimi je výrazně méně nebezpečná než s deriváty hydrazinu. Rovněž méně vlhnou. Zajímavá sloučenina z této skupiny vznikla v laboratoři Čchingchua Čanga z Čínské akademie fyzikálního inženýrství v Mien-jangu v provincii S’-čchuan v jihozápadní Číně. Z již dříve testovaného kyanoborohydridového aniontu BH3(CN)- připravil komplexní dimer, jehož strukturu vidíme na obrázku nahoře. V kombinaci s 1-(2-propenyl) pyridiniem (na obr. dole) jako kationtem vznikla iontová kapalina o nízké viskozitě, takže manipulace s ní je snadná. Ke vznícení a vzniku plamene dojde již 1,7 ms po styku okysličovadlem, což je velmi krátká doba. Jako okysličovadlo posloužila čistá koncentrovaná kyselina dusičná. Jde sice o velmi agresivní chemikálii, ale to jsou dříve užívané oxidy dusíku také.

 

Opravdu divoký bizon

3.1.2016
bizon prérijní (Bison bison bison), podruh biozna amerického (Bison bison), foto Jack Dykinga,  Agricultural Research Service

Jedinečné stádo geneticky čistých divokých bizonů amerických (Bison bison) odhalil v horách na jihu Utahu genetický tým Dustina H. Ranglacka z Montana State University. Jde o třetí známé takové stádo, další geneticky čisté bizony najdeme např. v Yellowstonském národním parku. V současnosti žije v Americe na 500.000 bizonů, ovšem naprostá většina z nich jsou již kříženci mezi původním divokým bizonem a domácím dobytkem. Počet opravdu divokých bez příměsi cizích genů odhadují vědci na 20.000, tedy 4%. Na obrázku (foto Jack Dykinga, Agricultural Research Service) vidíme bizona prérijního (Bison bison bison), jeden z dvou podruhů bizona amerického. Tím druhým je bizon lesní (Bison bison athabascae).

 

Kompletní oxidace amoniaku

1.1.2016

Doposud jsme předpokládali, že bakteriální oxidace amoniaku NH3 na dusičnan NO3- probíhá ve dvou krocích, každý v odlišném mikroorganismu. Nejprve proběhne oxidace amoniaku na dusitan NO2-, poté v jiné buňce jeho oxidace na dusičnan. Je to zvláštní, protože energeticky výhodná je celá oxidace, ne jen její jednotlivé kroky. Michael Wagner se svými kolegy z Vídeňské univerzity i dalšími z Německa, Ruska a Dánska zjistil, že bakterie kmene Nitrospirae mají genetickou výbavu dostačují k tomu, aby zvládly celý proces. Jde malý kmen gramnegativních bakterií s jedinou čeledí o několika rodech. Za zmínku stojí i podíl ruské expertky na tomto objevu, Jeleny V. Lebeděvy z Mikrobiologického ústavu S.N.Vinogradského Ruské akademie věd. Patří totiž ke kolektivu autorů, kteří v roce 1995 ze zrezivělé železné trubky identifikovali a popsali prvního zástupce kmene Nitrospirae, bakterii Nitrospira moscoviensis.

akademon.cz 31.12.2008: Nitrifikace v globálním cyklu dusíku

 

Poslední příspěvky