Hřeje i chladí

28.2.2019
Zdroj:
X.A.Zhang et al., Dynamic gating of infrared radiation in a textile, Science 363, 619–623 (2019) 8, 10.1126/science.aau1217
Zdroj
Izolační a radiační fungování svazků vláken, upraveno podle X.A.Zhang et al., Dynamic gating of infrared radiation in a textile, Science 363, 619–623 (2019) 8.

Tkaninu, která hřeje nebo ochlazuje podle toho, zda je nám zima nebo horko, zhotovíme z dvojitých vláken, jedno z celulózy, druhé z triacetylcelulózy, obě pokryté uhlíkovými nanotrubicemi. V suchu dvojvlákna k sobě nelnou, jejich svazek je rozvolněný a tkanina propouští jen malou část infračerveného záření, které emituje lidské tělo. Infračervené vyzařování lidského těla představuje asi 40% tepelných ztrát, takže v tomto stavu tkanina hřeje. Při vzrůstu teploty a vlhkosti díky potu vlákna k sobě přilnou a vytvoří mnohem kompaktnější svazky. Vodivé pokrytí z uhlíkových nanotrubic se octne dosti blízko sebe, aby vznikla elektromagnetická vazba. Díky ní začne tkanina vyzařovat mnohem více infračerveného záření a ochlazuje nás. Na obrázku vidíme, jak to celé funguje (upraveno podle X.A.Zhang et al., Science 363, 619–623 (2019) 8).

 

Komár nechce sát

27.2.2019
Zdroj:
L.B.Duvall et al., Small-Molecule Agonists of Ae. aegypti Neuropeptide Y Receptor Block Mosquito Biting, Cell, Volume 176, ISSUE 4, P687-701.e5, February 07, 2019, https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.12.004
Zdroj
Hlava samičky komára tropického Aedes aegypti, foto Alex Wild.

Jednoduchá chemická sloučenina přesvědčí komáří samičky, aby nesály krev a spokojily se s nektarem z květů. Vydatnější stravu s větším obsahem dusíku potřebují v několikadenních cyklech, když vytvářejí vajíčka. Proto sají komářice krev jen občas a komáři vůbec ne. Touhu po krvi u druhu komár tropický (Aedes aegypti) zastaví zatím neznámý peptid vazbou na buněčný receptor NPYLR7. Komáři, kterým ho vědci inaktivovali, sáli krev pořád.

Agonista receptoru  NPYLR7 komára tropického  Aedes aegypti.Z 265.211 různých sloučenin identifikovali vědci šest, které vazbou na receptor NPYLR7 zbaví komáry chuti na krev. Tento efekt vydrží několik dní. Chemickou strukturu jedné ze sloučenin, tzv Molekula schopná vazby na receptor, která spouští normální fyziologickou odpověď.agonistů? komářího receptoru NPYLR7, vidíme na obrázku. Struktury pěti ostatních jsou podobné. Testování více než čtvrt milionu sloučeniny by nebylo proveditelné bez moderních laboratorních robotů.

Šéfka výzkumného týmu Leslie Vosshall z Rockefeller University v New Yorku upřesňuje: „Obvykle jsou komáři s prázdnými břichy velmi motivovaní. Touží po lidské krvi, jako my po čokoládovém dortu. Ale po podání přípravku ztrácí zájem.“ Samičky komára bez krve nejen, že nakladou méně vajíček, ale zároveň nepřenesou choroboplodné zárodky např. žluté zimnice, horečky dengue nebo zika.

 

Zářící moč značí problém

26.2.2019
Zdroj:
Quoc D. Mac et al, Non-invasive early detection of acute transplant rejection via nanosensors of granzyme B activity, Nature Biomedical Engineering (2019). DOI: 10.1038/s41551-019-0358-7
Zdroj
Fialový T lymfocyt napadá tmavě červenou buňku transplantovaného orgánu. Šedivý Gramzym B zároveň uvolňuje fluorescenční jasně zelené barvivo z detekční světle červené nanočástice vpravo nahoře. Obrázek v nepravých barvách, Georgia Tech/EllaMaru Studio, all rights GT.

Včasnou detekci odmítnutí transplantovaných orgánů umožňuje nově vyvinutá nanočástice. Tvoří ji jádro z oxidu železitého pokryté vrstvou sacharidu rozvětveně polymerovaná glukózadextranu? a další vrstvou polyethylen glykolu. Neohebná peptidová vlákna váží fluorescenční molekuly k jádru z Fe2O3. Nanočástice jsou příliš velké, aby po injekčním podání pronikly do tkání anebo byly vyloučeny ledvinami. Jsou dost malé, aby se hromadily v transplantovaném orgánu.

Dojde-li k odmítnutí transplantátu, jako první začnou cizí tkáň odbourávat T lymfocyty, jeden z typů bílých krvinek. Uvolňují enzym zvaný gramzym B, který rozkládá bílkoviny a prostřednictvím dalších enzymů zvaných kaspázy spouští apoptózu, buněčnou smrt. Proteinové kotvy poutající fluorescenční sloučeninu na nanočástici mají takovou strukturu, aby je rovněž rozložil gramzym B. Uvolněné barvivo přechází skrze ledviny do moči, která v důsledku fluoreskuje. Světélkuje-li vám po transplantaci moč, máte problém. Na laboratorních myších nová metoda funguje bezvadně.

Současný základní způsob zjištění odmítnutí transplantátu představuje biopsie - odběr tkáně a její vyšetření. Podle Dr.Andrew Adamse z Emory University School of Medicine, jednoho z šéfů projektu, je nová metoda „dostatečně citlivá, aby případně odhalila vznikající odmítnutí předtím, než zjistíme významné poškození transplantovaného orgánu. Může pomoci lékařům zahájit včasnou terapii, aby předešli poškození. Většina současných testů reaguje na nefunkčnost orgánu a leckdy rozezná problém, až když přesáhne 50%.“

 

Odpor klesá i za tepla

25.2.2019
Zdroj:
https://techlinkcenter.org/wp-content/uploads/2019/02/RTSC.pdf
Zdroj
Obrázky z patentové přihlášky nového typu vysokoteplotního supravodiče, Patent č.US 2019/0058105 A1.

Zcela jinak přistoupili k vysokoteplotním supravodičům experti z amerického námořnictva. Místo supravodivé sloučeniny podali patent na kompozitní systém, který vodí elektřinu bez odporu za teploty 25 oC, což je naprostý rekord. Základem je izolátor, např. teflon, pokrytý tenkou vrstvou běžného vodiče, např. hliníku. Pokud systém rozkmitáme, silné nelineární pulzní vibrace vyvolají interakce elektronů s krystalovou mřížkou, což vede ke vzniku Cooperových párů. A supravodivost je na světě! Cooperův pár je dvojice elektronů, přitahovaných navzájem silami, které vznikají prostřednictvím interakce s kmity krystalové mřížky (fonony).

Vhodné vibrace můžeme vyvolat mechanicky nebo elektromagneticky. Vynálezci použili buď vnější magnetické pole nebo vrstvu z piezoelektrického titaničitanu-zirkoničitanu olovnatého Pb[ZrxTi1-x]O3 rozkmitanou elektrickým polem.

Význam objevu shrnuje citát z patentové přihlášky: „Dosažení vysokoteplotní supravodivosti představuje převratnou technologii umožňující naprostou změnu paradigmatu ve vědě a technologii spíše než pouze posun paradigmatu. Její vojenská i obchodní hodnota je proto značná.“

 

Žraloka rakovina neschvátí

24.2.2019
Zdroj:
N.J.Marra et al., White shark genome reveals ancient elasmobranch adaptations associated with wound healing and the maintenance of genome stability, PNAS, 2019, https://doi.org/10.1073/pnas.1819778116
Zdroj
Žralok bílý (Carcharodon carcharias), foto Elias Levy (Great White Shark), CC BY 2.0, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0, via Wikimedia Commons.

Znalost genomu žraloka bílého (Carcharodon carcharias, angl. white shark) by mohla pomoci i v lidském lékařství. Poranění se žralokům hojí neobyčejně rychle a dobře. Zároveň netrpí rakovinou, i když se dožívají při dobrém zdraví více než 70 let. Analýza žraločího genomu ukázala podle jednoho z autorů, Mahmood S. Shivjiho z floridské Nova Southeastern University, že „bílý žralok má překvapivě mnoho genů udržujících stabilitu genomu..., což ukazuje na velký význam těchto genetických faktorů pro dlouho žijícího dravce.“

 Nahoře žralok velký poblíž Malediv o délce pouhé 4 m, CC BY-SA, 3.0https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en, via Wikimedia Commons, dole žralok sloní v melbournském akváriu, Fir0002/Flagstaffotos, CC BY-NC, via Wikimedia Commons. Podobné rysy vykazuje rovněž genom žraloka velkého, zvaného též velrybí (Rhincodon typus, angl. whale shark). Jde o největšího žraloka vůbec, který dorůstá až 12 a možná i 20 metrů a dožívá se úctyhodných 140 let. Požírá plankton a drobné ryby. Porovnání genomů probíhalo v rámci třídy paryb (Chondrichthyes, angl. chondrichthyans), např. se žralokem sloním (Callorhinchus milii, angl. elephant shark), i s dalšími obratlovci. Stabilita genomu není jedinou zajímavou vlastností žraloka bílého. „Našli jsme stopy evoluce dědičných vlastností spojených s hojením rad a srážením krve. Tato přizpůsobení by mohla být základem pro známé vlastnosti žraloků, kterým se rychle a účinně hojí velké rány,“ říká jeden z autorů výzkumu, Michael Stanhope z Cornell University.

 

Srdce vyrábí elektřinu

22.2.2019
Zdroj:
Ning Li et al., Direct Powering a Real Cardiac Pacemaker by Natural Energy of a Heartbeat, ACS Nano, Article ASAP, 2019, DOI: 10.1021/acsnano.8b08567
Zdroj
Piezoelektrický generátor elektřiny pro napájení kardiostimulátoru, foto American Chemical Society.

Velkou nevýhodou kardiostimulátorů je nutnost napájení z baterie, kterou musíme nejdéle po 12, ale spíš po pěti letech nahradit novou. Byť jde o drobný chirurgický zákrok, není bez rizika. Problém by mohl vyřešit nitrotělní piezoelektrický generátor elektřiny poháněný srdcem, v současnosti testovaných na prasatech. Tvoří ho plastový rám pokrytý vrstvou piezoelektrické sloučeniny. Po voperování pod vazivový obal srdceosrdečník? (perikard) při každém tepu srdce generátor stiskne a vyrobí elektřinu. Lze takto získat proud 15 mikroampér při napětí 20 V.

Franta Flinta 27.2.2019: Není umístění generátoru pod osrdečník větší riziko než opakované umisťování baterií pod kůži? Je to složitjěší operace.

 

Jeptiška předstírala smrt

21.2.2019
Zdroj:
https://www.wissenschaft.de/geschichte-archaeologie/scheintote-nonne-und-aufstaendischer-erzbischof/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=wissenschaft.de_20-02-2019
Zdroj
Katedrála ve měste York na severu Anglie, foto Andy Barrett (User:Big Smooth), CC BY 2.5, https://creativecommons.org/licenses/by/2.5, via Wikimedia Commons.

Spoustu zajímavých údajů najdeme v záznamech arcibiskupa z Yorku z let 1305 - 1405. Celkem jde o 16 velkých vázaných rukopisů o všem, co proběhlo pod záštitou arcibiskupů ve městě York a okolí. Nejpikantnější je příběh jeptišky, která v roce 1318 fingovala svou smrt, aby mohla uprchnout z kláštera. Místo sebe nechala pohřbít hábit naplněný hlínou. Lest nevyšla, takže tehdejší arcibiskup William Melton psal děkanovi do 65 km vzdáleného Beverly, aby nechal uprchlici hledat. O jejím dalším osudu nevíme nic.

„Víme, že mnoho jiných duchovních v té době porušilo slib, aby se mohli oženit nebo přijmout dědictví. Tato kronika představuje okno do života jak významných osob, tak úplně normálních lidí,“ hovoří o své práci historička Sarah Rees Jones. Církevní celibát se definitivně prosadil v katolické církvi až ve 12.století, takže v době vzniku yorských zápisků byl svěží novinkou. Ženat byl i známý český kronikář Kosmas (1045 - 1125), děkan pražské kapituly při sv. Vítu.

 

Kolaps se nekoná

20.2.2019
Zdroj:
T.L.Edwards et al., Revisiting Antarctic ice loss due to marine ice-cliff instability, Nature, volume 566, pages 58–64 (2019), 10.1038/s41586-019-0901-4 ID
Zdroj
Telení ledovce Perito Moreno v Argentině, obr. Marianocecowski, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en, via Wikimedia Commons.

Důležitým předpokladem, na kterých stojí předpovědi výrazného vzrůstu hladiny moří během nejbližších desetiletí, je hypotéza o nestabilitě mořských ledových stěn (marine ice-cliff instability hypothesis - MICI). Říká, že vysoké ledovcové stěny na pobřeží stabilizuje přilehlý trvalý pobřežní led. Pokud roztaje, ledovec ztratí oporu a rychle se zřítí do moře. Nic takového nikdo zatím nepozoroval, přestože pobřežní led leckde utrpěl povážlivé šrámy již před mnoha lety. Hypotéza MICI není potřebná ani pro vysvětlení vzestupů mořského hladiny v minulosti.

 

Přeměňujme buňky

19.2.2019
Zdroj:
K.FUruyama et al., Diabetes relief in mice by glucose-sensing insulin-secreting human ?-cells, Nature, 2019, doi: 10.1038/s41586-019-0942-8
Zdroj
Červeně fluoreskující protilátky navázané na inzulin vyznačují polohu Langerhansova ostrůvku v pankreatu myši. Nachází se v typické poloze poblíž cévy. Modře svítí buněčná jádra. Langerhansovy ostrůvky tvoří jen 1,5% slinivky, foto Jakob Suckale, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons.

Při cukrovce (diabetes) I.typu imunitní systém likviduje β-buňky Langerhansových ostrůvků ve slinivce břišní (pankreas), které produkují hormon inzulín. Nedostatek inzulinu způsobuje poruchy metabolismu sacharidů. Působením transkripčních faktorů PDX1 a MAFA lze na β-buňky přeměnit jiné buňky Langerhansových ostrůvků, konkrétně α- a γ-buňky, které za normálních okolností po řadě produkují lidský zásobní sacharid glukagon a ovlivňují tvorbu hormonu zvaného pankreatický polypeptid. Přeměněné lidské α-buňky produkovaly v myším pankreatu inzulín i po šesti měsících.

„Uvidíme, zda v budoucnu půjde vyléčit diabates přeměnou buněk Langerhansových ostrůvků, např. pomocí transkripčních faktorů nebo farmakologických preparátů,“ hodnotí výzkum první autor publikace K.Furuyama z Ženevské univerzity se svými kolegy. Transkripčním faktorem nazýváme bílkovinu, která svou vazbu na molekulu kyseliny deoxyribonukleové reguluje její přepis. Pro úplnost dodejme, že v Langerhansových ostrůvcích slinivky břišní najdeme i δ -buňky, které produkují hormon somatostatin.

 

Mravenci brání

18.2.2019
Zdroj:
Felix A. Hager, Kathrin Krausa, Acacia Ants Respond to Plant-Borne Vibrations Caused by Mammalian Browsers, Current Biology, 2019, DOI: 10.1016/j.cub.2019.01.007
Zdroj
Mravenec Crematogaster mimosae, foto Will Ericson - AntWeb, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Pokud savec začne spásat některé druhy afrických akácií, vyřítí se na něj horda agresivních mravenců Crematogaster mimosae (angl.Accacia ants). Kousáním do tlamy, popř. chobotu, pokud jde o slona, mu pastvu natolik znepříjemní, že raději odejde jinam. Reakce mravenců je příliš rychlá, než aby ji mohly vyvolat sloučeniny uvolňované napadenou části stromu. Podle posledních zjištění se mravenci řídí vibracemi o frekvenci kolem 6 kHz, které otrhávání listů způsobuje. Chvění nižších frekvencí vyvolané větrem žádnou odezvu nevyvolá. Strom odměňuje ochránce nektarem a bydlením v dutých trnech.

Provedení pokusů popisuje spoluautorka Kathrin Krausa z Ruhr-Universität Bochum: „Místo hojných, ale obtížně kontrolovatelných slonů, jsme akácie nechali spásat kozami.“

 

Poznej sám sebe

16.2.2019
Zdroj:
Robert Kwiatkowski, Hod Lipson, Task-agnostic self-modeling machines, Science Robotics 30 Jan 2019: Vol. 4, Issue 26, eaau9354, DOI: 10.1126/scirobotics.aau9354
Zdroj
Robot, který poznává sám sebe (Robert Kwiatkowski/Columbia Engineering).

Robota, jehož úkolem je poznat sebe samého, vidíme na obrázku. Vznikl na newyorské Columbia University. Ihned po zapnutí se začal náhodně pohybovat a metodou deep learning vyhodnocoval situaci. Po 35 hodinách potácení zvládl smysluplný pohyb a dokázal popsat svůj tvar s chybou 4 cm. Úkoly typu vezmi a polož (the pick-and-place task) zvládal s úspěšností 44%. Po zavedení zpětné vazby, které umožňovala poučit se z neúspěšných pokusů, začal fungovat na 100%. Dokázal rozeznat i vlastní poškození.

Konstruktéři chápou výhody i rizika nového projektu. Prof.Hod Lipson, pod jehož vedením robot vznikl, říká: „Sebeuvědomění povede k přizpůsobivějším systémům, avšak může vést ke ztrátě kontroly. Jde o mocnou technologii, kterou bychom měli užívat uvážlivě. Chceme-li samostatné roboty rychle se přizpůsobující situacím, jež jejich tvůrci nepředpokládali, je důležité, aby pochopili sebe.“ Dávná moudrost starých Řeků „Poznej sám sebe“ (Gnóthi sauton) začíná platit i pro roboty.

 

Bakterie se obětují

15.2.2019
Zdroj:
M.Snoussi et al., Heterogeneous absorption of antimicrobial peptide LL37 in Escherichia coli cells enhances population survivability, eLife 2018;7:e38174 doi: 10.7554/eLife.38174
Zdroj
Světle zelené bakterie pohlcují výrazně více antimikrobiálního peptidu LL37, který předtím vědci označili, aby zeleně fluoreskoval. Skutečný čas animace je čtyři hodiny (Beatrice Trinidad).

Působení peptidového antibiotika LL37 rozdělí dostatečně hustou populaci bakterií Escherichia coli na dvě části. První z nich přiotrávená antibiotikem přestává růst a ve velkém pohlcuje LL37 z okolí, čímž chrání druhou část populace. Takové chování od bakterií nikdo nečekal, což potvrzuje šéf výzkumu Sattar Taheri-Araghi z California State University v Northridge: „Výzkum otvírá dveře k mnohým otázkám, které dříve nikdo nepoložil. Naše nálezy mají podstatné důsledky pro pochopení evoluce bakterií, která probíhá miliardy let, jako i pro návrhy a aplikaci nových antibiotik v lékařství.“

LL37 je přírodní antibiotikum, které produkuje lidská kůže a sliznice dýchacích cest. Celý proces můžeme sledovat na animaci od Beatrice Trinidad. Světle zelené bakterie pohlcují výrazně více peptidu LL37, který předtím vědci označili, aby zeleně fluoreskoval. Skutečný čas animace je čtyři hodiny.

 

Zlepšení zhoršilo

14.2.2019
Zdroj:
Ke Li et al., Anthropogenic drivers of 2013–2017 trends in summer surface ozone in China, PNAS January 8, 2019 116 (2) 422-427, 2018, https://doi.org/10.1073/pnas.1812168116
Zdroj
Vznik ozonu působením hydroperoxidového radikálu působením slunečního záření o vlnové délce kratší než 400 nm.

Jak ukazují i nedávné zkušenosti s omezování znečištění ovzduší v Číně, atmosféra představuje velmi komplikovaný systém, kde je obtížné předpovědět důsledky izolovaných kroků. Díky čínskou státostranou přijatým opatřením výrazně pokleslo množství pevných částic o průměru menším než 2,5 mikrometru PM2,5 v ovzduší. Bezpochyby chvályhodné opatření vedlo k nárůstu koncentrace škodlivého přízemního ozonu v pekingské a šanghajské aglomeraci. Způsobil to vzrůst koncentrace hydroperoxidového radikálu HO2, který se nerozkládal na pevných částicích, takže mohl reagovat za vzniku přízemního ozonu O3. Reakční schéma vidíme na obrázku.

 

Význam babiček v evoluci

13.2.2019
Zdroj:
S.N.Chapman et al., Limits to Fitness Benefits of Prolonged Post-reproductive Lifespan in Women, Current Biology, 2019, doi: 10.1016/j.cub.2018.12.052 - S.C.Engelhardt et al., Using Geographic Distance as a Potential Proxy for Help in the Assessment of the Grandmother Hypothesis, Current Biology, 2019, doi: 10.1016/j.cub.2019.01.027
Zdroj
Sousoší Babička s vnoučaty v Babiččině údolí sochaře Otto Gutfreunda, foto Honza Groh (Jagro), CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons.

Je velmi neobvyklé, aby živočichové tak výrazně přežívali plodné období, jako je tomu u lidí. Antropologové se dlouho snaží potvrdit hypotézu, že jde o evoluční výhodu. Babičky bez starostí o vlastní nedospělé potomstvo mohou pomáhat při péči o vnoučata, čímž roste šance na jejich přežití. Důkaz možná leží v matrikách. Údaje z finských matrik z let 1731 až 1890, že šance na přežití dětí mezi dvěma a pěti lety byla za přítomnosti babiček o 30% vyšší. Pokud věk babiček přesáhl 75 let, což byl tehdy věk opravdu vysoký, šance na přežití druhých narozenin klesla o 37%.

Spoluautor výzkumu Simon N.Chapman z finské Turkuské univerzity spekuluje: „Zatím nemůžeme s jistotou říci, jaký mechanismus je zodpovědný. Domníváme se, že vyvstává určitá konkurence. Rodiče museli pokud možno rozdělit své omezené prostředky, aby se na jedné straně postarali o děti a na druhé straně třeba o nemocnou babičku.“ Nelze vyloučit, že výrazně kratší doba plodnosti oproti věku umožňovala ženám lépe pečovat o vlastní děti. Vzhledem k ostatním zvířatům lidé dospívají neobyčejně dlouho, více než 15 let.

Kanadští výzkumníci sledovali vliv vzdálenosti bydliště babičky na počet dětí v rodině. Neobyčejné podrobné matriky města Quebecu umožnily prozkoumat roky 1608 až 1799. Výsledky stručně shrnuje Sacha C. Engelhardt z kanadské Université de Sherbrooke: „Každých 100 km odpovídá o 0,6 dítěte na ženu méně.“

 

Vícebuněční zestárli

12.2.2019
Zdroj:
Abderrazak El Albani et al., Organism motility in an oxygenated shallow-marine environment 2.1 billion years ago, PNAS 2019, https://doi.org/10.1073/pnas.1815721116
Zdroj
Fotografie francevillských nálezů, bílá úsečka je 1 cm dlouhá (Abderrazak El Albani et al., Organism motility in an oxygenated shallow-marine environment 2.1 billion years ago, PNAS 2019, https://doi.org/10.1073/pnas.1815721116).

Zvláštní dutinky a tunýlky s největší pravděpodobností biologického původu odhalili paleontologové v 2,1 miliardy let staré břidlici z pánve Franceville v Gabunu. Jsou vyplněné pyritem a při průměru 6 mm dosahují celkové délky 170 mm. Existenci vícebuněčných tvorů posouvají o více než 1,5 miliardy let do minulosti. Mikroskopická, mikrotomografická, geochemická a geologická analýza potvrzují biologický původ. Fosilizace proběhla ve velmi malé hloubce blízko hladiny. Pradávný tvor, schopný aktivního pohybu, zřejmě rejdil v bahně a hledal potravu. Nemuselo nutně jít o mnohobuněčného živočicha. Mohli jít i o kolonii jednobuněčných, cosi jako v současnosti příslušníci rodu válečů (Volvox). Na obrázku vidíme fotografie nálezů, bílá úsečka je 1 cm dlouhá, na videu najdeme mikrotomografickou vizualizaci nálezů (Abderrazak El Albani et al., Organism motility in an oxygenated shallow-marine environment 2.1 billion years ago, PNAS 2019, https://doi.org/10.1073/pnas.1815721116).

 

Ohříváme prales

11.2.2019
Zdroj:
https://blogs.agu.org/geospace/2019/01/03/climate-warming-experiment-finds-unexpected-results/
Zdroj
Pokusná plocha v portorickém pralese vyhřívaná infračervenými zářiči (foto Stephanie Roe).

Experimenty provedené v portorickém pralese ukazují, že vzrůst teploty rychlost rozkladu rostlinných zbytků snižuje, místa aby ji zvyšoval. Organická hmota je sušší, takže mikroorganismy i členovci s ní mají těžší práci. Do ovzduší uniká méně oxidu uhličitého, ale méně organických látek proniká i do půdy. Podle autorky výzkumu Stephanie Roe z University of Virginia, „by procesy mohly mít podstatný vliv na uhlíkový cyklus v teplejší budoucnosti.“ Na obrázku vidíme pokusnou plochu vyhřívanou infračervený zářiči (foto Stephanie Roe).

Současné globální klimatické modely pracují s intuitivním názorem, že s rostoucí teplotou rychlost rozkladu rostlinných zbytků roste, a tudíž do atmosféry uniká více oxidu uhličitého. Jde pouze o jednu z mnoho závad, kterými trpí. Předpověď vývoje klimatu Země v příštích desetiletích je pouze zbožné přání autorů těchto modelů. Vývoj klimatu v uplynulých dvaceti letech probíhal zcela odlišně, než modely předpovídaly.

Jeden Okaty 12.2.2019: Všetky problémy majú veľmi jednoduché riešenia. Tým riešením je sadiť stromy. Strom energiu zo slnečného žiarenia mení na tvorbu kyslíku z CO2, časť energie premení na drevo a časť energie na vytiahnutie vody zo zeme do listov. Voda následne ešte viac ochodazuje okolie tým že sa vyparuje, preto je v lese vždy chladnejšie ako inde. Namiesto toho aby sme zalesňovali, tak vyrubujeme ešte viac. Má toto logiku?

13.2.2019: Pro přesnost, kyslík, který se při fotosyntéze uvolňuje, pochází z molekuly vody. Z oxidu uhličitého při fotosyntéze vznikají sacharidy. Jinak naprostý souhlas.

Pavel 14.2.2019: Pohled na historii klimatu ukazuje, že teplejší období bylo vždy i vlhčí - v dobách teplotních optim se zelenala i Sahara. Takže pokud výzkumníci jen zvýšili teplotu bez příslušného zvýšení vlhkosti vzduchu, je ten jejich výzkum na dvě věci - jo vlastně na tři, strašením lidí můžou rejžovat další granty na na další výzkum jak strašit lidi.

20.2.2019: Jak přesně tento výzkum straší lidi? Experimentální uspořádání zajišťovalo, aby vlhkost odpovídala zvýšené teplotě. Zahřívala se jen malá část pralesa, takže nezahřívané okolí sloužilo jako zdroj vody.

Pavel 21.2.2019: Takže byla relativní vlhkost vzduchu stejná, jako ve zbytku lesa (o tom dost pochybuji), nižší (což způsobuje větší odpar, a tedy vysychání půdy a zpomalování rozkladu organických látek) nebo vyšší (což odpovídá tomu, co pozorujeme z historie klimatu). Pokud nezajistili, aby relativní vlhkost vzduchu byla vyšší, tak v tom výzkumu zkoumali jen své představy o vlivu oteplení na rychlost rozkladu organických látek, ale o skutečném vlivu nevyzkoumali vůbec nic. Ale můžou tvrdit (oni, nebo další interpreti jejich výzkumu), že oteplení zhorší koloběh organických látek a tím přispěje k všeobecné apokalypse. To není strašení?

25.2.2019: Pro chemické a fyzikální procesy je podstatnější tenze vodní páry než relativní vlhkost. Při stejných hodnotách relativní vlhkosti může být tenze rozdílná v závislosti na teplotě. Proto si myslím, že vlhké prostředí tropického pralesa zajišťuje vyšší tenzi par na ohřívaných plochách. Pokud metodiku pokládáte za špatnou, asi by bylo vhodnější to probrat přímo s autorkou výzkumu. Apokalypsou hrozíte jedině vy:-). Výsledky tohoto výzkumu poukazují na nedostatky modelů, které předpovídají zásadní změny klimatu.

 

Doroste více hlaviček

10.2.2019
Zdroj:
M.C.Vogg et al., An evolutionarily-conserved Wnt3//β-catenin/Sp5 feedback loop restricts head organizer activity in Hydra, Nature Communications, volume 10, Article number: 312, 2019, https://doi.org/10.1038/s41467-018-08242-2
Zdroj
Mikroskopický snímek nezmara obecného (Hydra vulgaris), foto Corvana, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons.

Neuvěřitelnou regenerační schopnost mají několikamilimetroví živočichové, zvaní nezmaři (rod Hydra). Jak vypadají, vidíme na obrázku. Odřízneme-li ústní otvor i s chapadly a pořádnou částí těla, během hodin až dní zcela doroste. Zodpovídá za to bílkovina Wnt3, která vazbou na receptor na povrchu buňky spouští proces, který vede k hromadění bílkoviny β-kateninu v cytoplasmě. Odtud přechází do buněčného jádra a ovlivňuje transkripci genů. Jde o prastarou signalizační cestu, kterou nacházíme u všech vícebuněčných včetně lidí.

Nezmar, který po potlačení tvorby bílkoviny Sp5 regeneroval s více ústy a chapadly, foto Brigitte Galliot, UNIGE .Mechanismus, který růst ústního konce nezmara brzdí, aby jich nenarostlo více, odhalili vědci teprve nedávno. Uzavření zpětné vazby signalizační cesty Wnt3/β-katenin způsobuje bílkovina Sp5. Jak vidíme na obrázku, bez ní naroste poškozenému nezmarovi více ústních konců s chapadly. U lidí je Wnt signalizace aktivní zejména během embryonálního vývoje a u některých typů rakoviny. Odhalení inhibitoru může vést k přípravě selektivních cytostatik.

Nezmara při lovu pomocí žahavých chapadel můžeme shlédnout zde.

 

Perleť inspiruje

8.2.2019
Zdroj:
M.Grossman et al., Quantifying the role of mineral bridges on the fracture resistance of nacre-like composites, PNAS December 11, 2018 115 (50) 12698-12703; 2018 https://doi.org/10.1073/pnas.1805094115
Zdroj
Mikroskopický snímek řezu novým materiálem se strukturou perleti, foto M.Grossman et al., Quantifying the role of mineral bridges on the fracture resistance of nacre-like composites, PNAS December 11, 2018 115 (50) 12698-12703; 2018 https://doi.org/10.1073/pnas.1805094115

Obzvláště pevný materiál zhotovili vědci na ETH Zürich. Strukturou připomíná perleť, kterou tvoří drobné překrývající se plátky z aragonitu, uhličitanu vápenatého CaCO3 vykrystalovaného v kosočtverečné soustavě. Navzájem je spojují molekuly bílkovin jako malta cihly. Nový kompozitní materiál tvoří plátky oxidu hlinitého Al2O3 mikrometrových rozměrů spojené můstky z oxidu titaničitého TiO2. Houževnatost dodá epoxidová pryskyřice, který vyplňuje zbývající mezery ve struktuře. Původním cílem bylo vytvoření modelového materiálu pro výzkum vlastností perleti.

 

Zlepšení chemoterapie

7.2.2019
Zdroj:
H.J.Oh et al., 3D Printed Absorber for Capturing Chemotherapy Drugs before They Spread through the Body, ACS Cent. Sci., Article ASAP, 2019, DOI: 10.1021/acscentsci.8b00700
Zdroj
Chemická struktura polystyrensulfonátu a doxorubicinu s náčrtkem adsorpční trubice.

Chemoterapie rakoviny je účinná metoda s výraznými nežádoucími vedlejšími účinky. Cytostatika přednostně hubí nádorové buňky, leč poškozují i zdravé. Testování zajímavého konceptu, jak omezit nežádoucí vedlejší účinky cytostatika doxorubicinu, probíhají na prasatech. Za nádor (míněno z hlediska směru toku krve) umístili vědci jednoduchou adsorpční trubičku s mřížkou vytištěnou na 3D tiskárně z poly(ethylenglykol)diakrylátu. Pokrytí mřížky polystyrensulfonátem vychytá z protékající krve asi dvě třetiny doxorubicinu, který byl podán pomocí injekce těsně před nádor. Schéma fungování vidíme na obrázku. Problémy s biokompatibilitou nebo srážením krve nebyly pozorovány.

 

Curiosity upgrade

6.2.2019
Zdroj:
K.W.Lewis et al., A surface gravity traverse on Mars indicates low bedrock density at Gale crater, Science 01 Feb 2019: Vol. 363, Issue 6426, pp. 535-537, DOI: 10.1126/science.aat0738
Zdroj
Selfíčko vozítka Curiosity v kráteru Gale na povrchu Marsu, foto NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science SystemsDerivative work including grading, distortion correction, minor local adjustments and rendering from tiff-file: Julian Herzog [Public domain], via Wikimedia Commons.

Přestože průzkumné vozítko Curiosity rejdí po povrchu Marsu od roku 2012, skupina expertů na něm nyní na dálku vytvořila nový přístroj. Využili k tomu několik akcelerometrů, které slouží k navigaci. Přesně je překalibrovali, aby mohly fungovat jako gravimetr, přístroj pro měření gravitace. Akcelerometr je běžný přístroj, který najdeme v každém chytrém mobilu. Měří velikost a směr zrychlení, takže z jeho údajů umíme určit dráhu pohybu, klíčový údaj pro stanovení polohy.

Kráter Gale s horou Aeolis Palus uprostřed. Bílá elipsa ukazuje oblast přistání vozítka Curiosity roku 2012, obr. Ryan Anderson, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons.Pomocí nového gravimetru proměřila Curiosity gravitaci kráteru Gale a hory Aeolis Palus v jeho centru. Oproti očekávání byla nižší, což znamená, že horniny v místě měření nedosahovaly předpokládané hustoty. Standardně probíhají gravimetrická měření z družic na oběžné dráze, nicméně s nízkým rozlišením. Pro závěry o geologickém výboji kráteru Gale bylo nutné provést měření v místě. „Curiosity v podstatě získala po šesti a půl letech nový vědecký přístroj. Umožní získat nové informace o tom, co je pod povrchem Marsu, způsobem, na který vozítko nebylo projektováno. Je mnoho způsobu jak vozítko využít, protože v podstatě jde o velkou komplexní bednu s elektronikou. Možná na Curiosity čekají další vědecké přístroje na svůj objev,“ soudí Kevin Lewis z Johns Hopkins University.

 

Pruhy odhánějí komáry

5.2.2019
Zdroj:
G.Horvath et al., Striped bodypainting protects against horseflies, Royal Society Open Science, 2 January 2019, Volume 6, Issue 1, https://doi.org/10.1098/rsos.181325
Zdroj
Nahoře pokusné figuríny, dole totéž v polarizovaném světle, upraveno podle G.Horvath et al., Striped bodypainting protects against horseflies, Royal Society Open Science, 2 January 2019, Volume 6, Issue 1, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Bílé pruhy chrání před bodnutím hmyzem. Prokázaly to pokusy s plastovými figurínami v různých barvách, které vidíme na obrázku. Potření lepidlem na hmyz je přeměnilo v obrovské mucholapky, které během pokusu ležely několik dní volně na louce 10 m od porostu. Tělová barva bělochů přilákala dvakrát více hmyzu než bílé pruhy přibližně odpovídající kmenovému malování některých afrických a australských kmenů. Desetkrát víc přilákala hnědá odpovídající zbarvení kůže černochů.

„Pomalování těla je mnohem starší než oděv. Existují archeologické nálezy stop na stěnách jeskyň obývaných neandrtálci. Dokládají tělní malby s pigmenty jako okr,“ komentuje jedna z autorek publikace, Susanne Akesson z Lundské Univerzity.

Dřívější experimenty ukázaly, že samičky ovádů pro vyhledání zdrojů krve využívají též polarizované světlo. Jak vidíme na obrázku, pruhovaná figurína v polarizovaném světle nejvíce zaniká v pozadí. Odpuzují efekt pruhů na hmyz byl údajně pozorován i u zeber. Nutno připustit, že tento objev obdržel cenu Ig Nobelovu cenu pro rok 2016, kterou lze získat za neobvyklé nebo triviální výsledky vědeckého výzkumu.

 

3D tisk zlepší sonografii

4.2.2019
Zdroj:
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Volume: 65 , Issue: 10 , Oct. 2018, DOI: 10.1109/TUFFC.2018.2861575
Zdroj
Zdroj ultrazvuku o různých frekvencí pro sonografii.

Na obrázku vidíme zařízení, které umožní výrazně zlepšit zobrazování vnitřních orgánů a tkání ultrazvukem (sonografické vyšetření). Doposud lékaři pracují s piezoelektrickým zdrojem, který produkuje jediné frekvenční pásmo. Na 3D tiskárně vytištěné plastové zařízení generuje pomocí rezonance mnohem více frekvencí. Jako zdroj vlnění slouží piezoelektrický oscilátor ve dně polokoule. Spoluautor nového zařízení, prof.James Windmill ze Strathclyde's Centre for Ultrasonic Engineering, upřesňuje: „Vývoj širokopásmového ultrazvukového zařízení může výrazně zlepšit zobrazovací schopnosti. Použití vysoce přesné 3D tiskárny nám umožňuje testovat návrhy nových třírozměrných zařízení mnohem rychleji.“

 

Ptáci vidí UV

3.2.2019
Zdroj:
Cynthia Tedore & Dan-Eric Nilsson, Avian UV vision enhances leaf surface contrasts in forest environments, Nature Communications, volume 10, Article number: 238 (2019) https://doi.org/10.1038/s41467-018-08142-5 - I.C.Cuthill et al., Ultraviolet Vision in Birds, Advances in the Study of Behavior, Volume 29, 2000, Pages 159-214, https://doi.org/10.1016/S0065-3454(08)60105-9
Zdroj
Rozdíl mezi spodní a svrchní stranou listu v ultrafialovém záření v nepravých barvách, foto Cynthia Tedore & Dan-Eric Nilsson, Avian UV vision enhances leaf surface contrasts in forest environments, Nature Communications, volume 10, Article number: 238 (2019), CY BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Ptáci vnímají i ultrafialové záření, což lesním druhům může usnadnit orientaci. Rozdíl mezi svrchní a spodní stranou listů je v UV mnohem výraznější než ve viditelném světle, jak vidíme na obrázku. Oba povrchy shodně odrážejí 1 - 2% dopadajícího ultrafialového záření, nicméně spodní stranu osvětluje zespoda odražené záření mnohem nižší intenzity, než seshora dopadající. Propustnost listů pro UV je velmi malá, méně než 0,06% dopadajícího.

Plná čára znázorňuje citlivost ptačích fotoreceptorů L, M, S(V), S(U), V a U pro jednotlivé vlnové délky. Pro modré a ultrafialové světlo existuje  v ptačí říši po dvou typech fotoreceptorů s rozdílnou spektrální citlivostí označené S(V) a S(U), V a U. Čárkovaná čára znázorňuje při výzkumu použité kanály multispektrální kamery (upraveno podle Cynthia Tedore & Dan-Eric Nilsson, Avian UV vision enhances leaf surface contrasts in forest environments, Nature Communications, volume 10, Article number: 238 (2019), CY BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Ptáci na rozdíl od lidí s fotoreceptory pro tři vlnové délky mají v oku navíc čtvrtý typ pro ultrafialové záření. Možnou výhodu objasnily fotografie lesů ve Švédsku a Austrálii pořízené multispektrální kamerou pro vlnové délky odpovídající citlivosti fotoreceptorů. „Tato technika kompenzuje naší slepotu pro ultrafialové světle a umožnila nám určit význam fotoreceptorů pro UV spektrum,“ vysvětlují Cynthia Tedore a Dan-Eric Nilson z Lundské univerzity. Na obrázku plná čára znázorňuje citlivost ptačích fotoreceptorů L, M, S(V), S(U), V a U pro jednotlivé vlnové délky. Pro modré a ultrafialové světlo existuje v ptačí říši po dvou typech fotoreceptorů s rozdílnou spektrální citlivostí označené S(V) a S(U), V a U.

 

Rostliny inspirují roboty

1.2.2019
Zdroj:
I.Must et al., A variable-stiffness tendril-like soft robot based on reversible osmotic actuation, Nature Communications, volume 10, Article number: 344 (2019) https://doi.org/10.1038/s41467-018-08173-y
Zdroj
Osmotický pohon měkkých robotů, upraveno podle I.Must et al., A variable-stiffness tendril-like soft robot based on reversible osmotic actuation, Nature Communications, volume 10, Article number: 344 (2019), CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Rostliny pohybují částmi svých těl pomocí změn buněčného tlaku. Na obdobném principu by mohl fungovat i jednoduchý pohon měkkých robotů (soft robot). Na rozdíl od klasických robotů z běžných tvrdých konstrukčních materiálů jako např. kovy, keramika nebo tuhé plasty, soft roboti jsou z měkkých elastických polymerů nebo malých segmentů. Vypadají a pohybují se jinak, spíše jako hadi či chobotnice. Jsou tvarově přizpůsobivější, takže je můžeme použít k plnění odlišných úkolů.

Jak vidíme na videu, hadičky rozhýbané novým pohonem připomínají rostlinné úponky. Vnitřek vyplněný roztokem soli rozděluje na dvě části membrána propustná pro vodu a nepropustná pro ionty. Na obrázku vidíme, jak to funguje. Po vložení napětí 1,3 V dvě uhlíkové elektrody v jedné části začnou pohlcovat ionty z okolí. Koncentrace soli klesá a voda hnaná osmotickým tlakem proudí přes membránu do vedlejšího prostoru, aby koncentrace solí vyrovnala. Tím roste tlak, hadička se napřimuje a hýbe. Po zkratování elektrod se ionty uvolní zpět do roztoku, voda proudí obráceně, tlak klesá a trubička ochabuje.

 

Diskuse/Aktualizace