Krvácející plast

29.2.2016
Chemická struktura 2',7'-dichlorofluoresceinu

Mnoho materiálových laboratoří se věnuje výzkumu a vývoji materiálů, které samostatně opraví svá poškození, nicméně o běžný standard pořád nejde. Proto má význam i práce prof. Nancy Sottos, Wenle Liho a jejich kolegů z University of Illinois v Urbana-Champaign. Pomocí miniaturních tobolek s barvivem 2',7'-dichlorofluoresceinem (struktura viz obr.) dosáhli toho, že epoxidové pryskyřice i při nepatrném poškození v tomto místě výrazně změní barvu z lehce žluté na červenou. Barvivo se uvolní a chemická reakce s polymerem vede k výrazné změně barvy. Stačí k tomu prasklina o hloubce pouhých 10 mikrometrů. U plastových výrobků, jejichž pevnost musíme neustále kontrolovat, to může přinést dost značné časové i nákladové úspory. Nevýhodou je, že pro správné fungování musí materiál obsahovat 5% mikrotobolek s barvivem, což už může být na úkor jeho pevnosti.

Létající plž

28.2.2016
Trnovka arktická (Limacina helicina) v pohybu (D.W.Murphy et al., Underwater flight by the planktonic sea butterfly, Journal of Experimental Biology 2016 219: 535-543; doi: 10.1242/jeb.129205).

Trnovka arktická (Limacina helicina) je malý mořský plž, který dorůstá délky až 3 mm. Na obrázku (D.W.Murphy et al., Underwater flight by the planktonic sea butterfly, Journal of Experimental Biology 2016 219: 535-543; doi: 10.1242/jeb.129205) vidíme, že plave nepříliš obvyklým způsobem, který připomíná spíše let hmyzu. V pohybu ho uvidíme na těchto videích. Jeho kinematiku nyní důkladně prozkoumali a popsali David W. Murphy, Deepak Adhikari, Donald R. Webster a Jeannette Yen z Georgia Institute of Technology. Trnovka arktická není svým způsobem pohybu úplně osamocená. Její podobně plavoucí příbuzné zahrnujeme do podřádu Thecosomata. Vývojově jde o mladou skupinu. Zkameněliny jejích předků se objevují až v pozdním paleocénu zhruba před 55 miliony let. Jde o zajímavý případ souběžné evoluce, protože předci plžů a létajícího hmyzu se od sebe oddělily před 550 miliony let.

Enzym proti ukrytému viru

27.2.2016
Na snímku pořízeném transmisním elektronovým mikroskopem  vidíme viriony (virové částice) HIV o průměru přibližně 100 nm, obr.Centers for Disease Control and Prevention/A. Harrison; Dr. P. Feorino, svolení PD-USGov-HHS-CDC.

Současné přípravky proti viru HIV dokážou zastavit jeho rozmnožování v lidském těle. Nicméně HIV patří mezi retroviry, které podle své RNA vytvářejí DNA a vkládají ji do genomu hostitelské buňky. Tam může v úkrytu vyčkávat. Janet Karpinski, Jan Chemnitz a Joachim Hauber z Heinrich-Pette-Institut - Leibniz-Institut für Experimentelle Virologie a Frank Buchholz z Technische Universität Dresden podali patentovou přihlášku na jimi upravený enzym Brec 1, který rozezná a z genomu odstraní řetězec DNA typický pro naprostou většinu kmenů viru HIV 1. Ten zodpovídá ze současnou světovou pandemii. Kromě něj známe ještě virus HIV 2, který zdaleka není tak infekční. Na snímku pořízeném transmisním elektronovým mikroskopem vidíme viriony (virové částice) HIV o průměru přibližně 100 nm, obr.Centers for Disease Control and Prevention/A. Harrison; Dr. P. Feorino, svolení PD-USGov-HHS-CDC.

Záření stlačuje plyn

26.2.2016
Schéma integrovaného fotovoltaicko-elektrochemického článku, který produkuje stlačený kyslík, e- značí elektron.

Integrovaný fotovoltaicko-elektrochemický článek, který ultrafialového záření využívá k přípravě stlačeného kyslíku, zhotovili Georg Christoph Brunauer a Jürgen Fleig spolu s dalšími kolegy z Technische Universität Wien. Dopadající elektromagnetické záření vytváří na rozhraní La0.8Sr0.2CrO3/SrTiO3 elektrické napětí. Na připojeném článku z tetragonálního oxidu zirkoničitého ZrO2 pokrytého na obou stranách stronciem dopovaným oxidem lanthanito-železitým LaFeO3 dochází v důsledku toho na jednom povrchu redukci kyslíku ze vzduchu O2 ---> 2O2-. Tento systém je vodivý pro kyslíkové ionty O2-, takže jim procházejí na opačný povrch. Tam se oxidují podle rovnice 2O2- ---> O2. Uvolněný plynný kyslík se hromadí v připojeném uzavřeném tanku, kde jeho tlak narůstá. Energie elektromagnetického záření se přeměňuje v mechanickou a chemickou energii stlačeného plynu. Schéma celého zařízení vidíme na obrázku, kde e- značí elektron. Značnou nevýhodou je, že popsaný integrovaný článek funguje jenom na ultrafialové záření a že je třeba ho vyhřívat na 400 až 500 stupňů Celsia. Pevné vodiče kyslíkových aniontů mají totiž při nižších teplotách příliš velký odpor. Nicméně jako základ dalšího bádání poslouží velmi dobře.

Parazit proti cizopasníku

25.2.2016
Mikroskopický snímek klanonožce infikovaného dvěma parazity najednou. Tasemnice S. solidus je vyznačena zeleně, hlístice C. lacustris modře. Foto Nina Hafer/Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie.

Běžnou strategií parazitů je ovlivňování chování svého hostitele ku svému prospěchu. V přírodě není neobvyklé, že jedince napadne více druhů parazitů najednou. Zájmy každého z nich mohou být odlišné, takže musí nějak působit i na sebe navzájem. Vzájemné působení tasemnice Schistocephalus solidus a hlístice Camallanus lacustris parazitujících na drobných korýších klanonožcích (Copepoda) studovali Nina Hafer a Manfred Milinski z Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Oba cizopasníci ovlivňují svého hostitele tak, aby se ve svém vývoji nenechali předběhnout. Na obrázku vidíme mikroskopický snímek klanonožce infikovaného oběma parazity najednou. Tasemnice S. solidus je vyznačena zeleně, hlístice C. lacustris modře. Foto Nina Hafer/Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie.

Kolo z doby bronzové

24.2.2016
Odkrývání 3.000 let starého kola ve východní Anglii, copyright Cambridge Archaeological Unit, foto Dave Webb.

Archeologové z University of Cambridge pod vedením Davida Gibsona odkryli v lokalitě Must Farm poblíž Peterborough ve východní Anglii velmi dobře zachované kolo od vozu z doby bronzové o průměru 1 m. Původní osada zanikla při dramatickém požáru před 3.000 lety a její trosky zatopila voda. Tvořily ji velké dřevěné kruhové domy na kůlech. Nález značně upřesní naše informace o tehdejších technologiích, protože tak dobře zachované kolo britští archeologové doposud neznali. Můžeme z něj vyvodit i údaje o kontaktech mezi obyvateli. Původní vesnice ležela ve velmi vlhkém terénu, takže vozů s koly mohly její obyvatelé užívat jenom ke kontaktům se suššími oblastmi mimo bezprostřední sousedství. Odkrývání jedinečného nálezu vidíme na obrázku (Copyright Cambridge Archaeological Unit, foto Dave Webb). Povšimněme si, že jeho plná konstrukce se dost podstatně liší od dřevěných kol, jaká známe. Loukotě tehdy naši předkové ještě nevynalezli.

Nová methylace

23.2.2016
Seshora dolů po řadě struktura adenosinu, N6-methyladenosinu a N1-methyladenosinu.

Přepis informace uložené v deoxyribonukleové kyselině DNA do konečné podoby bílkoviny ovlivňuje řada procesů. Jedním z nich jsou i tzv. posttranskripční úpravy mRNA. Transkripce je děj, během kterého z úseku dvouvláknové molekuly DNA vzniká jednovláknová molekula ribonukleové kyseliny, která se nazývá mRNA. To malém m na začátku je zkratka z anglického slova messenger, posel. Podle mRNA se v buněčné organele ribozomu syntézuje molekula bílkoviny. Hraje tedy roli přenašeče informace o struktuře bílkoviny z buněčného jádra do ribozómu, tedy jakéhosi posla. Po vytvoření molekuly mRNA mohou proběhnout její chemické modifikace, které ovlivní výslednou strukturu bílkoviny. Nejvíce prozkoumanou možností je připojení methylové skupiny CH3- na atomu dusíku v poloze 6 u adenosinu (viz obr.). Americko-izraelský genetický tým vedený Chuanem He z University of Chicago a Gideonem Rechavim z Telavivské univerzity zjistil, že i zavedení methylové skupiny do polohy 1 (viz obr.) hraje rovněž velmi důležitou roli. Tuto posttranskripční úprava najdeme u tisíců genů eukaryotních buněk, od jednobuněčných kvasinek po člověka. Vyskytuje se celkem u přibližně 20% všech přepisů (transkripcí) DNA do mRNA. Na obrázku vidíme seshora dolů po řadě strukturu adenosinu, N6-methyladenosinu a N1-methyladenosinu.

Rozmanitost mořských zvuků

22.2.2016
Změny hloubky zdrojů sledovaného zvuku v závislosti na denní době (upraveno podle Simone Baumann-Pickering, et al.).

Mnoho mořských ryb, hlavonožců, korýšů, trubýšů a dalších bezobratlých se přes den pohybuje v hloubkách 200 až 1.000 m. Nedostatek světla je tam chrání před většími predátory. Aby sehnali dostatek potravy, stoupají při stmívání k hladině, kde přes noc hodují. Za rozbřesku se navracejí do svého úkrytu v temných hlubinách. Zvuk spojený s jejich pohybem bezpečně identifikovali Simone Baumann-Pickering a David Checkley z University of California v San Diegu spolu s Davidem Demerem z National Oceanic and Atmospheric Administration v kalifornské La Jolle. O svých výsledcích dnes přednášejí na konferenci Ocean Sciences Meeting v New Orleansu. Jejich experimenty by jistě rád prováděl každý. Za teplých letních nocí spouštěli z člunu citlivý mikrofon do různých hloubek a nahrávali. Zvuk spojený s pohybem hejn zkoumaných tvorů má frekvenci od 300 do 1.000 Hz a od pozadí je dobře odlišitelný. Nejvyšší intenzity dosahuje při změnách hloubky, tedy pohybu vzhůru nebo dolů. Na obrázku vidíme změnu hloubky jeho zdrojů v závislosti na denní době (upraveno podle Simone Baumann-Pickering, et al.). Protože jde o čistě fyzikální jev spojený s pohybem mnoha tvorů v mechanickém kontinuu (mořské vodě), znějí takové zvuky ve všech oceánech světa. Je velmi pravděpodobné, že ho k vyhledání kořisti využívají i leckteří predátoři. O využití echolokace velkými mořskými tvory víme již dlouhou dobu, nicméně celková zvuková komunikace mezi mořskými tvory může být mnohem rozmanitější, než jsme se doposud domnívali.

Trilobit na lovu

21.2.2016
Rekonstrukce lovu trilobita, Stacy Turpin Cheavens, Department of Orthopaedic Surgery, University of Missouri.

Pět set milionů let staré fosilie, které se svými kolegy nalezl a prozkoumal prof. Kevin Shelton z University of Missouri, umožňují kompletně rekonstruovat, jak trilobiti lovili v bahně svou kořist. Jde o jedinečné nálezy, které umožňují poznat i vzájemné vztahy tehdejších živočichů, což zkameněliny zpravidla neumožňují. Svou kořist trilobiti nalézali pomocí zraku a možná čichu. Představovali ji červovití živočichové bez pevných struktur, kteří žili ve vrstvě sedimentů na mořském dně. Rekonstrukci celého lovu vidíme na obrázku (Stacy Turpin Cheavens, Department of Orthopaedic Surgery, University of Missouri). K lepšímu uchopení kořisti použil trilobit v poslední fázi všech svých nohou, což vidíme na obrázku pod písmenem E. Zkoumané zkameněliny pocházejí z části tzv. Davisovy formace na jihovýchodě státu Missouri. Hlavní nástrojem jejich průzkumu byl laserový skener.

Cisgenní brambory

20.2.2016
Bramborová hlíza napadená plísní bramborovou (foto Agricultural Research Service/United States Department of Agriculture).

Brambory odolné proti plísni bramborové (Phytophthora infestans) vypěstovali pomocí technik genové manipulace genetici z nizozemské Universität Wageningen. Plíseň bramborová může zcela zničit celou úrodu, jak k tomu opakovaně došlo v Irsku ve čtyřicátých letech 19.století. Výsledkem byl známý hladomor, který vyhnal mnoho Irů z vlasti a způsobil, že ve světě žije více Irů než v Irsku samém. Použití odolné odrůdy umožní podstatné snížení dávek fungicidů na bramborových polích. Pro odpůrce genově modifikovaných neboli transgenních organismů tím vyvstal další problém. Ke genové modifikaci využili totiž bramborové geny z divoce rostoucích kmenů. Kulturní kultivar modifikovali geny téhož biologického druhu. Využili při tom moderní genetické techniky a nikoliv klasické křížení. Jde o geneticky modifikovaný organismus nebo ne? Takové organismy nazýváme jako cisgenní na rozdíl od transgenních. Na obrázku vidíme bramborovou hlízu napadenou plísní bramborovou (foto Agricultural Research Service/United States Department of Agriculture).

Bibot

18.2.2016
Robot pro hru na bicí, foto Georgia Institute of Technology:

Roboti mohou mít nejrůznější podobu. Tým prof. Gila Weinberga z Georgia Institute of Technology zhotovil na základě zkušeností s protézami třetí ruku pro hráče na bicí. Vidíme ji na obrázku (foto Georgia Institute of Technology). Po připevnění na rameno hudebníka vyhodnocuje jak hudbu, tak jeho pohyby, a podle toho hraje. V akci si ho můžeme prohlédnout na tomto videu.

Nová léčiva

16.2.2016
Nahoře struktura sloučeniny č.29 účinné proti kataraktě, dole burprenofin

Šedý zákal (katarakta) je onemocnění oční čočky, při kterém dojde k jejímu zakalení a v důsledku toho ke zhoršení zraku. Jde o nejrozšířenější příčinu slepoty ve světě. Ve vyspělých zemích se běžně léčí náhradou zakalené čočky umělou náhradou. Vědci z Washington University v Saint Louis a University of Michigan v Ann Arbor pod vedením Jasona E. Gestwickiho testovali zatím na myších sloučeniny, které vykrystalizované bílkoviny čočky opět rozpustí a obnoví alespoň částečně její průhlednost. Nejnadějnější substanci označenou při experimentech číslem 29 vidíme nahoře na obrázku.

Za zmínku stojí i nové pokusy s již dlouho dobu známým opioidem burprenofinem (na obrázku dole), které na lidech prováděl prof. Jaak Panksepp z Washington State University se svými kolegy. Krátkodobé podání nízkých dávek této jinak návykové sloučeniny výrazně snižují sebevražedné nutkání.

Lepší průhledný vodič

15.2.2016
Snímek vodivého filmu z pografenovaných měděných nanodrátů pořízený elektronovým mikroskopem (Letian Dou et al., Solution-Processed Copper/Reduced-Graphene-Oxide Core/Shell Nanowire Transparent Conductors, ACS Nano Article ASAP, DOI: 10.1021/acsnano.5b07651).

Průhledné vodiče využíváme při konstrukci řady různých zařízení, např. nejrůznějších displejů, fotovoltaických článků, LED diod. Pokrývají se jimi okna a průhledy pro odstranění námrazy anebo i dvířka mikrovlnných trub. Nejčastěji se používá oxid indito-ciničitý s nejrůznějším obsahem cínu, zvaný zkráceně ITO. Experti z University of California pod vedením Peidonga Yanga přišli s lepším a levnějším řešením. Tenká vrstvička nanodrátů z mědí o průměru 17 nm obalená grafenem, který zabraňuje jejich rychlé oxidaci, vykazuje vyšší vodivost než ITO. Suroviny pro její výrobu jsou zároveň levnější než indium. Na snímku elektronového mikroskopu vidíme strukturu průhledného vodivého filmu z pografenovaných měděných nanodrátů (Letian Dou et al., Solution-Processed Copper/Reduced-Graphene-Oxide Core/Shell Nanowire Transparent Conductors, ACS Nano Article ASAP, DOI: 10.1021/acsnano.5b07651).

Umělá fotosyntéza

14.2.2016
Nahoře bakterie Moorella thermoacetica se zřetelnými nanočásticemi sulfidu kademnatého CdS, pořízeno elektronovým mikroskopem; bílá úsečka je 500 nm dlouhá (K.K.Sakimoto, et al., Self-photosensitization of nonphotosynthetic bacteria for solar-to-chemical production, Science  01 Jan 2016, vol. 351, Issue 6268, pp. 74-77, DOI: 10.1126/science.aad3317); Dole struktura aminokyselin cysteinu Cys a cystinu CySS.

Fotosyntézu v nefotosyntezující bakterii spustili Kelsey K. Sakimoto, Andrew B. Wong a Peidong Yang z University of California v Berkeley. Dosáhli toho pomocí kademnatých iontů Cd2+, které jsou ve větším množství prudce jedovaté. Pěstovali bakterie Moorella thermoacetica v kultivačním roztoku s obsahem dusičnanu kademnatého Cd(NO3)2 a aminokyseliny cysteinu Cys. Jejich reakcí se na povrchu rostoucích bakterií srážejí nanočástice nerozpustného sulfidu kademnatého CdS. Pohlcení světla o vlnových délkách kolem 400 nm je excituje. Bakterie je využívají jako zdroj energie pro redukci oxidu uhličitého CO2 na acetylkoenzym A, jež je základem celé řady dalších metabolických reakcí. Například můžeme tak přímo z bakteriálních molekul získávat kyselinu octovou CH3COOH. Celou reakci můžeme souhrnně zapsat takto, kde CySS značí cystin:

2CO2 + 8Cys --------> CH3COOH + 2H2O + 4CySS

V horní části obrázku najdeme snímek buňky bakterie Moorella thermoacetica se zřetelnými nanočásticemi sulfidu kademnatého CdS, pořízený elektronovým mikroskopem. Bílá úsečka je 500 nm dlouhá (K.K.Sakimoto, et al., Self-photosensitization of nonphotosynthetic bacteria for solar-to-chemical production, Science 01 Jan 2016, vol. 351, Issue 6268, pp. 74-77, DOI: 10.1126/science.aad3317). V dolní části obrázku vidíme struktury aminokyselin cysteinu Cys a cystinu CySS.

Loď bez posádky

13.2.2016
Minolovka Seagull (Racek) izraelské společnosti Elbit Systems

Po dronech a autech bez řidiče dochází i na lodě bez posádky. Izraelské námořnictvo testouje 12 m dlouhé plavidlo Seagull (Racek) zkonstruované společností Elbit Systems. S nákladem 2,5 tuny dosáhne rychlosti 32 uzlů. Na moři setrvá 96 hodin. Jeho hlavním úkolem je vyhledání a zneškodnění námořních min. Do budoucna se počítá i s nasazením proti ponorkách. Video z testovací plavby shlédneme zde. O něco větší loď o délce 40 m chystá americká agentura DARPA, organizace ministerstva obrany USA pro vojenský výzkum. V portlandských loděnicích ji spustí na vodu v dubnu. Protože křest lodi zatím neproběhl, nese označení ACTUV, což je zkratka z Anti-Submarine Warfare Continuous Trail Unmanned Vessel. Jak název napovídá, má sloužit k boji proti nepřátelským ponorkám. Krátkou animaci o jejím předpokládaném fungování najdeme zde.

Gravitační vlny

12.2.2016

Oba detektory zařízení LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) 14.září 2015 shodně zachytily gravitační vlnu pocházející ze splynutí dvou velmi vzdálených černých děr. Jde o jeden ze stěžejních fyzikálních experimentů vůbec a zároveň o další potvrzení teorie relativity. Existenci gravitačních vln předpověděl Albert Einstein před sto lety, avšak zachytili jsme je až nyní. Vznikají např. při kolizi extrémně těžkých objektů jako jsou černé díry nebo neutronové hvězdy. Detekce gravitačních vln probíhá na více než sto třicet let starém principu Michelsonova interferometru. Měří se interference dvou navzájem kolmých světelných paprsků. Za normálních okolností se neobjeví, protože oba mají shodnou fázi. Prolétající gravitační vlna nepatrně natáhne prostor jednoho paprsku a zkrátí u kolmého. Důsledkem je vznik interferenčních obrazců. Kvůli vyloučení místních událostí, jako např. nepatrného zemětřesení, vědci porovnávají měření ze dvou detektorů vzdálených od sebe 3.000 km. Jeden najdeme v americkém státě Washington, druhý v Louisianě. Naměřený signál odpovídá předpovědi. Jeho frekvence se pohybovala od 35 do 250 Hz. Zjednodušeně můžeme popsat, že gravitační vlny se k přitažlivosti mají stejně, jako elektromagnetické vlnění k elektromagnetické interakci.

Slitina kovu a keramiky

11.2.2016
nanočástice karbidu křemičitého v hořčíkové matrici, Chen, Lian-Yi et al., Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles, Nature, vol. 528(7583), 24 December 2015, p 539–543, DOI: 10.1038/nature16445

Kombinací kovových slitin s keramickými nanočásticemi by mohly vzniknout nové konstrukční materiály zajímavých vlastností. Nicméně zásadní problém představuje skutečnost, že keramické nanočástic se ve větších koncentracích v taveninách kovů shlukují. Jejich rovnoměrná distribuce je bohužel klíčová. Mísení pomocí ultrazvuku funguje jen při nižších koncentrací nanočástic. Zajímavě, byť poněkud nákladně, vyřešil tento problém vědecký tým vedený Xiao-Hunem Li z University of California v Los Angeles (UCLA). V tavenině o složení Mg6Zn rovnoměrně rozptýlili v nízké koncentraci nanočástic karbidu křemičitého SiC o koncentraci 1%. Hořčík poté ze ztuhlého ingotu pomalu za snížené tlaku odpařovali, až vznikl velmi pevný, lehký kompozitní materiál o složení Mg2Zn se 14% rovnoměrně rozptýlených nanočástic SiC. Potřebný nízký tlak činí 800 Pa, což je zhruba 1/125 atmosférického tlaku. Na fotografii pořízené elektronovým mikroskopem vidíme nanočástici karbidu křemičitého v hořčíkové matrici (Chen, Lian-Yi et al., Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles, Nature, vol. 528(7583), 24 December 2015, p 539–543, DOI: 10.1038/nature16445).

Tlamatá ryba

10.2.2016
Umělecká rekonstrukce ryb Rhinconichthys, obr.Robert Nicholls,  DePaul University.

Zkameněliny 92 milionů let starých druhohorních ryb z období křídy s extrémně velkou tlamou popsal americko-britský paleontologický tým vedený Anthony Maltesem z coloradského Rocky Mountain Dinosaur Resource Center. Za živa dosáhly délky 2 - 2,7 metru. Jak vidíme na obrázku (Robert Nicholls, DePaul University), pomocí obludně rozevřené tlamy filtrovaly z vody plankton. Živily se tedy podobně, jako některé současné velryby. U ryb tento způsob obživy není příliš běžný. K udržení tlamy v rozevřené poloze sloužil pár specializovaných kostí, které fungovaly jako páky. Z celého světa známe jen tři dochované fosilie těchto ryb rodu Rhinconichthys, a to z jihovýchodního Colorada, japonského ostrova Hokkaidó a Anglie. Vzdálenost nalezišť svědčí o jejich prakticky celosvětovém rozšíření.

Atomární relativita

9.2.2016
Schematická elektronová konfigurace seaborgia. Skutečné vzdálenosti jsou výrazně odlišné. Černý kroužek uprostřed znázorňuje atomové jádro se 106 protony, šedivé kroužky jsou záporně nabité elektrony.

Zajímavý relativistický jev pozorovali Yi-Lei Wang, Han-Shi Hu, Wan-Lu Li, Fan Wei a Jun Li z pekingské Tsinghua univerzity u prvků 6.B podskupiny periodické tabulky prvků. Konkrétně jde o chrom Cr, Molybden Mo, wolfram W a Seaborgium Sg. V plynném stavu tvoří běžně diatomické molekuly Cr2, Mo2, W2 a Sg2 jako řada jiných prvků. Z jejich elektronové struktury vyplývá, že mezi dvěma atomy této molekuly by měla existovat šestinásobná vazba, protože mají k dispozici šest valenčních elektronů. Skutečně to tak je u chromu, molybdenu a wolframu. U seaborgia najdeme pouze vazbu čtvernou. Vysvětlení je možné pouze v rámci relativistické fyziky, samotná kvantová fyzika nepostačuje. Velmi zjednodušeně můžeme říci, že čím větší je atom prvku, tím rychleji se jeho vnější elektrony musí pohybovat. U seaborgia dosahují 77% rychlosti světla, což vede k relativistickému nárůstu jejich hmotnosti na 1,57 násobek klidové hmotnosti elektronu. V důsledku toho se pohybují blíže svého atomového jádra a není jich dostatek pro vytvoření šestinásobné vazby. Obdobný jev byl též pozorován u hassia Hs, prvku č.108. Schematickou elektronovou konfiguraci seaborgia vidíme na obrázku. Černý kroužek uprostřed znázorňuje atomové jádro se 106 protony, šedivé kroužky jsou záporně nabité elektrony. Počet jaderných neutronů se pohybuje od 152 do 165. Poločas rozpadu dvou nejtěžších izotopů dosahuje minut, což je dostatečně dlouhá doba na spektroskopická měření, ze kterých vyplývají výše uvedené údaje. Své jméno nese seaborgium po významném americkém jaderném chemiku Glennu T. Seaborgovi. Za svůj podíl na objevu transuranů obdržel roku 1951 Nobelovu cenu.

Relativistické jevy u prvků můžeme pozorovat doslova na vlastní oči. Již delší dobu víme, že odpovídají za zlatou barvu zlata Au. Výše popsaný jev způsobuje změnu rozdílu energie mezi dvěma orbitaly. V důsledku toho absorbují světlo přesně těch vlnových délek, které způsobují, že zlato je zlaté.

Rentgenové video

8.2.2016
Pilous černý (Sitophilus granarius) z čeledi nosatcovitých (Curculionidae), foto Sarefo, CC-BY-SA-2.5 , via Wikimedia Commons.

Rentgenová tomografie je zobrazovací metoda, která umožňuje vytvořit třírozměrné zobrazení nitra pacienta či jiného zkoumaného objektu. Je stará desítky let a stále má své platné místo mezi vyšetřovacími metodami, byť v některých ohledech ji můžeme mít již za překonanou. Novou krev do žil ji možná vlijí experimenty Tomyho dos Santose Rola, Alexeye Ershova, Thomase van de Kampa a Tilo Baumbacha z Karlsruher Institute für Technologie. Podařilo se jim celý proces zobrazování zrychlit takovým způsobem, že lze sledovat třírozměrné struktury v pohybu. Svou metodu testovali zejména na pilousu černém (Sitophilus granarius) z čeledi brouků nosatcovitých (Curculionidae), kterého si můžeme prohlédnout na obrázku (foto Sarefo, CC-BY-SA-2.5, via Wikimedia Commons). Rekonstrukci pohybu jeho komplexního kloubu ve 3D shlédneme na tomto videu (Tomy dos Santos Rolo et al., In vivo X-ray cine-tomography for tracking morphological dynamics, PNAS, vol. 111 no. 11, 3921–3926, doi: 10.1073/pnas.1308650111).

Znovuzrozená kvaga

7.2.2016
Klasická fotografie zebry kvaga, kterou pořídil Frederick York roku 1870 v londýnské Regent's Park zoo.

Genetický tým z jihoafrické Cape Town University pro vedením prof. Erica Harleyho během 30 let trvajícího projektu znovu vypěstoval vyhynulou zebru kvaga (Equus quagga quagga). Zkombinovali klasické selektivní křížení s moderní genetickou analýzou. Nejprve ze zachovalých kůží potvrdili, že kvaga nepředstavuje samostatný druh, ale pouze podruh zebry stepní (Equus quagga). Jejím příbuzenským křížením a výběrem potomstva s odpovídajícím genomem k dalšímu křížení během pěti generací získali kvagu. Je pro ni typické, že na rozdíl od všech ostatních zeber má pruhy pouze na přední části těla. Vidíme to na její klasické fotografii, kterou pořídil Frederick York roku 1870 v londýnské Regent's Park zoo. Poslední skutečná kvaga uhynula roku 12.srpna 1883 v Amsterdamské zoologické zahradě. Na jihoafrických pláních ji před tím vystříleli burští osídlenci, pro které představovala konkurenci jejich dobytku. Z kůží zebry kvagy dělali žoky na své obilí.

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

10.8.2017: Zajímavou metodu boje se štěnicí domácí, mimořádně odolným lidským parazitem, vyvinuli vědci z Pennsylvania State University. Využívají k tomu jiného parazita, houby Beauveria bassiana, která parazituje na různých členovcích, a využívá se jako bioinsekticid. Na místa s pohybem štěnic nanesou spory B.bassiana, které se zachytí na povrchu těla hmyzu. Nástup nemoci je pozvolný, k úmrtí dochází během čtyř až sedmi dnů, takže kontaminovaná štěnice ještě stihne nakazit další. Všechno znázorňuje vydařená animace.

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).

15.2.2016: Jak ukazují archeologické výzkumy Adama Boethia ze švédské Lundské univerzity, kvašení ryb je dosti stará technologie. Na východním pobřeží Švédska identifikoval zbytky 9.200 let staré kvasírny ryb. Jde o tak staré zařízení, že pochází až z mezolitu, střední doby kamenné, a nikoliv z neolitu, mladší doby kamenné. Naši předci ryby nejspíše nejdříve kvasili kvůli konzervaci, výroba ochucovadel přišla na řadu až později.

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

testament 10.2.2016: Nafion je porézní hmota z palivových článků raketoplánu.Bylo by zajímavé vědět, zdali by to fungovalo i s jinými porézními hmotami například ten přírodní lehký kámen co má dutinky velikosti molekul (na jméno si bohužel momentálně nepamatuji).

11.2.2016: Nafion je běžně komerčně dostupná membrána, která se užívá i v raketoplánech. V podstatě je to teflon s velmi hydrofilními póry. Fungovalo by to i s jinými porézními hmotami, ale užití nafionu má svůj důvod. Lze z něj totiž udělat tenkou, dostatečně pevnou membránu. Vzhledem k tomu, že odpor jiných materiálů by nejspíš byl vyšší než u nafionu, výkon celého článku by poklesl.

Diskuse/Aktualizace