Proč vidí barevně?

26.5.2019
Zdroj:
Z.Musilová et al., Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes, Science 10 May 2019: Vol. 364, Issue 6440, pp. 588-592, DOI: 10.1126/science.aav4632
Zdroj
Hlubokomořská ryba beztrnovka stříbřitá Diretmus argenteus dorůstá 30 až 40 cm, obr. Emma Kissling [Public domain].

Hlubokomořská ryba beztrnovka stříbřitá (Diretmus argenteus, angl. silver spinyfin), disponuje podivným barevným viděním. Protože žije v hloubce do 2.000 metrů, kam sluneční svitu proniká velmi málo, jde o velmi překvapující poznatek. V temnotě je každý zachycený foton dobrý, natož plýtvat energii na určení jeho vlnové délky.

Vidění obratlovců umožňují dva typy světločivných buněk v oku, zvané podle tvaru tyčinky a čípky. Čípky obratlovců umožňují barevné vidění, protože obsahují do dvou do čtyř typů zrakových pigmentů citlivých na různé vlnové délky světla. Tyčinky obsahují pouze světlocitlivou bílkovinu rodopsin. Vytvářejí tudíž jen černobílý obraz, avšak vystačí s mnohem slabším osvětlením.

Vzhled molekuly bílkoviny rodopsinu, S. Jähnichen [Public domain].Výjimku představují některé hlubokomořské ryby. Analýza genomu ukázala, že mají více typů rodopsinu. Absolutním rekordmanem je výše zmíněná ryba beztrnovka stříbřitá, která má celkem 38 genů kódujících různé typy rodopsinu, což ji činí absolutním rekordmanem mezi obratlovci. Ne všechny geny jsou aktivní. V oku najdeme jenom 14 variant rodopsinu, které beztrnovce umožňují rovnoměrné vidění v rozsahu 447–513 nm. Jde o modrozelenou část světelného spektra, která jediná má šanci proniknout do velké hloubky, byť ve velmi nízké intenzitě

Zajímavý objev komentuje první autorka publikace Zuzana Musilová z přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy: „Myslíme si , že by mohlo jít o jistou formu barevného vidění, které ale funguje úplně jinak, než jak ho známe od jiných živočichů. Myslíme si, že účelem této adaptace je, aby ryby rozpoznávaly různé bioluminiscenční signály, které produkují další hlubokomořské organismy v jejich okolí. Bioluminiscence je v tomto prostředí zcela zásadní. Slouží jak k přilákání či rozpoznání kořisti, tak vnitrodruhové komunikaci. Druhy či celé skupiny, které schopnost bioluminiscence mají, jsou v tomto prostředí ve výhodě a také mu skutečně dominují. Beztrnovka stříbřitá, kterou jsme zkoumali hlavně kvůli vysokému počtu kopií rodopsinových genů, sama bioluminiscenci neprodukuje a tudíž u ní vnitrodruhová komunikace nepadá v úvahu. Živí se však korýši, kteří produkují konkrétní signály a mohou být tedy díky této adaptaci snadno k rozpoznání.“

 

Vakcínu naložíme do cukru

25.5.2019
Zdroj:
V.Leung et al., Thermal Stabilization of Viral Vaccines in Low-Cost Sugar Films, Scientific Reports, volume 9, Article number: 7631 (2019) DOI: 10.1038/s41598-019-44020-w ID
Zdroj
Nahoře chemická struktura polysacharidu pullulanu, dole disacharidu trehalózy.

Některé vakcíny, zejména založené na živých oslabených patogenech (atenuované vakcíny), je třeba skladovat v chladu při 2 - 8 oC. V teplých nerozvinutých oblastech proto vzniká řada logistických problémů a cena očkování roste. Experimenty ukazují, že ke stabilizaci očkovacích látek postačí vysušení v tenké vrstvě směsi polysacharidu pullulanu a disacharidu trehalózy. Chemickou strukturu vidíme na obrázku. V suchém stavu si vakcína proti viru Herpes simplex typu 2 podržela účinnost dva měsíce při 40 oC a vakcína proti viru chřipky typu A dokonce tři.

 

Čína ignoruje dohody

24.5.2019
Zdroj:
M.Rigby et al., Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations, Nature, volume 569, pages 546–550 (2019) DOI: 10.1038/s41586-019-1193-4 ID
Zdroj
Změna v emisích CFC-11 v letech 2008 - 2017, M.Rigby et al., Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations, Nature, volume 569, pages 546–550 (2019).

Nedobrá zpráva pro ozonovou vrstvu je, že koncentrace freonu CFC-11 začala po roce 2012 stoupat. Chemicky jde o trichlorofluormethan CFCl3, jednu ze sloučenin, které silně poškozují ozonovou vrstvu. Jeho koncentrace v atmosféře začala klesat v polovině devadesátých let, když státy začaly plnit závazky vyplývající z Montrealského protokolu podepsaného v roce 1987. Jeho cílem bylo ukončení výroby 96 sloučenin, které poškozují ozonovou vrstvu, včetně CFC-11.

Monitorování koncentrace CFC-11 v atmosféře, které dlouhodobě provádějí stanice v Gosanu v Jižní Koreji a Haterumě v Japonsku, ukázala setrvalý vzestup po roce 2012. Z údajů o vzdušném proudění vyplývá, že zdroj (zdroje) znečištění leží ve východočínských provincích Hebei a Shandong. Množství CFC-11, které v letech 2014 - 2017 unikalo v této oblasti do ovzduší o sedm tisíc tun ročně převyšovalo hodnoty z let 2008 - 2012. Přesněji určit lokality, odkud znečištění pochází, vědci na základě dostupných údajů nemohou.

Podle spoluautora výzkumu Matthewa Rigbyho z University of Bristol „nejpravděpodobnější vysvětlení je, že v Číně znovu začali vyrábět trichlorofluoromethan.“ Určitě v tom nejedou sami, protože emise z čínských provincií Hebei a Shandong zodpovídají nanejvýš za 60% pozorovaného navýšení. Z naměřených dat vyplývá, že na vině určitě není žádná další východoasijská země.

 

Archeopteryx měl bratříčka

23.5.2019
Zdroj:
O.W:M.Rauhut et al., A non-archaeopterygid avialan theropod from the Late Jurassic of southern Germany, eLife 2019;8:e43789 doi: 10.7554/eLife.43789
Zdroj
Zkamenělina praptáka Alcmonavis poeschli v solnhofenském vápenci. Měřítko je 5 cm dlouhé, obr. O.W:M.Rauhut et al., A non-archaeopterygid avialan theropod from the Late Jurassic of southern Germany, eLife 2019;8:e43789.

Notorický známý prapták Archeopteryx, jehož zkameněliny pocházejí ze solnhofenských vápenců, nebyl sám. Důkladné studium fosilií ze stejné lokality odhalilo další druh 150 milionů let starého jurského praptáka pojmenovaného Alcmonavis poeschli. Původně paleontologové předpokládali, že mají před sebou další exemplář Archeopteryxe. Připojení létacích svalů na kosti odpovídající současným ptákům a nikoliv Archeopteryxovi je jasným důkazem nového živočišného druhu. A.poeschli byl rozhodně lepším letcem než Archeopteryx, který možná jen dlouze poskakoval.

Spoluautor publikace Christian Foth z Universität Freiburg doplňuje: „Přizpůsobení praptáka ukazuje, že evoluce ptáků musela postupovat relativně rychle.“ Další spoluautor O.W.M.Rauhut z Bayerische Staatssammlung für Paläontologie und Geologie souhlasí: „Diverzita ptactva byla v té době větší, než jsme doposud tušili.“

Náčrtek Solnhofenského archipelagu v době svrchní křídy. Ostromia je rod malého teropodního dinosaura, upraveno podle  O.W:M.Rauhut et al., A non-archaeopterygid avialan theropod from the Late Jurassic of southern Germany, eLife 2019;8:e43789.Oblast Solnhofenu ve středním Bavorsku západně od Regensburgu tvořila ve svrchní juře před 153 - 148 miliony let souostroví s mnoha lagunami na okraji moře Tethys. Náčrtek Solnhofenského archipelagu vidíme na obrázku. Jemnozrnné litografické vápence, které se tehdy usadily, jsou proslulé svým obsahem zkamenělin.

 

Diagnostika HIV smartphonem

22.5.2019
Zdroj:
M.S.Draz et al., DNA engineered micromotors powered by metal nanoparticles for motion based cellphone diagnostics, Nature Communications, volume 9, Article number: 4282 (2018) DOI: 10.1038/s41467-018-06727-8 ID
Zdroj
Nahoře schematické znázornění analytické mikročástice s navázanou ribonukleovou kyselinou viru HIV, pod ní bez ní. Dole pouzdro pro smartphone a vzorek, M.S.Draz et al., DNA engineered micromotors powered by metal nanoparticles for motion based cellphone diagnostics, Nature Communications, volume 9, Article number: 4282 (2018), CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Stanovit HIV v polních podmínkách umožní chytrý mobil a speciální kovem pokryté mikročástice s nukleovou kyselinou o průměru kolem 6 μm. Základem je polystyrenová kulička pokrytá platinou se zlatým terčíkem s navázanou nukleovou kyselinou, která se selektivně váže na ribonukleovou kyselinu typickou pro virus HIV. Přidáme-li do analyzovaného vzorku trochu peroxidu vodíku H2O2, začne se na platinovém povrchu rozkládat a unikající bublinečky kyslíku mikročástici rozpohybují rychlostí 0,7 μm/s. Naváže-li se na ni RNA virů HIV, podstatně zpomalí. Změnu rychlosti pohybu detekujeme mikroskopicky pomocí chytrého mobilního telefonu vloženého do pouzdra s čočkou, diodou LED jako zdrojem světla a držákem vzorku.

akademon.cz 2.5.2017: Důvtipný polní analyzátor

akademon.cz 12.3.2014: Smartphone pro zdraví

akademon.cz 12.2.2014: Laboratorní smartphony

akademon.cz 22.1.2014: Fágový senzor

 

Orgány zatmelíme

21.5.2019
Zdroj:
Yi Hong et al., A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds, Nature Communications, volume 10, Article number: 2060 (2019) DOI:10.1038/s41467-019-10004-7 ID
Zdroj
Ultrafialovým světlem vyvolané chemické reakce při polymerizaci gelu pro uzavření ran.

Rychle a pevně uzavře krvácející ránu nový chirurgický hydrofilní tmel, jak vidíme na videu experimentu s poraněným srdcem laboratorního prasete. Gel tvoří směs dvou chemicky upravených biologických polymerů. Základem jednoho je bílkovina želatina, kterou běžně užíváme v potravinářství pro přípravu želé. Je chemicky modifikovaná molekulami methakrylátové kyseliny navázané přes -NH2 skupiny jako amid. Druhý je hyaluronová kyselina, důležitá složka mezibuněčné hmoty, s navázanými N-(2-aminoethyl)-4-(4-(hydroxymethyl)-2-methoxy-5-nitrofenoxy) butanamidem. Chemickou strukturu obou navázaných sloučenin vidíme na obrázku.

Osvícení ultrafialovým světlem spustí první fázi polymerace, která propojí molekuly želatiny methakrylátovými skupinami. UV záření rovněž vytváří aldehydické skupiny -CHO, které ve druhé fázi polymerace zpevní polymery vytvářením tzv.Schiffových bazí s volnými aminoskupinami -NH2 jak v gelu, tak přilehlé tkáni. Schéma chemických procesů najdeme rovněž na obrázku. Výrazně vzroste přilnavost gelu, takže i silné krvácení ať už z cév nebo orgánů zastaví bez šití během cca 20 sekund.

Nedostatky dřívějších pokusů o vytvoření tmelu na rychlé uzavření krvácejících ran shrnuje první autor publikace Yi Hong z lékařské fakulty Zhejiang University v čínském Hangzhou: „Některé dřívější polymerní hydrofilní polymerní gely dobře drží na vlhkých površích tkání. Nicméně mnoho z těchto materiálů tuhne příliš pomalu, nejsou dostatečně pružné nebo jsou toxické.“

 

Dláždění opravíme železem

20.5.2019
Zdroj:
E.E.Poehler et al., The Iron Streets of Pompeii, merican Journal of Archaeology, Vol. 123, No. 2 (April 2019), pp. 237-262 DOI: 10.3764/aja.123.2.0237
Zdroj
Ulice v Pompejích. Kamenné bloky sloužily chodcům k přecházení přes vozovku, která sloužila zároveň jako drenáž a posila kanalizace, Alago [Public domain].

Římané zřejmě k opravě děr v ulicích a chodnících používali železo. Archeologové nalezli v Pompejích stovky míst, kde byly díry v ulicích a chodnících zality roztaveným železem nebo vyplněny struskou. Jde o překvapující zjištění, protože až doposud jsme se domnívali, že technologie lití železa do Evropy pronikla z Asie až ve středověku. V Číně pocházejí první lité železné předměty z 5.století př.Kr.

Lití železa vyžaduje dosažení teploty tání 1538 oC. To je výrazně více, než je zapotřebí pro v antice i později běžné kovářské zpracování železa. Při opravě chodníků nejde jen o dosažení potřebné teploty, ale o celý soubor nástrojů, který umožňoval manipulaci s roztaveným kovem. Je zvláštní, že po takové technologii jsme doposud v antice nenalezli žádné stopy. Na druhou stranu je nejspíš ani nikdo nehledal. Zatuhlé železné kapky na pompejských ulicích na místech bez zjevného smyslu naznačují, že tehdejší chodníkolitci roztavené železo přenášeli na místo určení a občas trochu ukáplo.

Pokud spravovala železem ulice městská správa nepříliš významných Pompejí, nepochybně stejnou technologii využívali i ve významnějších centrech impéria. Stopy po ní překryly v následujících století pozdější stavby, přestavby a dostavby, zatímco v městě zničeném výbuchem Vesuvu je zakonzervovala vrstva sopečného popela. Je zajímavé, že technologie lití železa byla tak rozšířená a zvládnutá, že byla levnější než pouhá výměna poškozených kamenů. V úvahu musíme vzít i časový faktor. Výměna kamenného dláždění, v antice podstatně obtížnější než dnes, zablokovala úzkou ulici bez možnosti objezdu na výrazně delší dobu, než zalití děr.

 

Lev lidojed

19.5.2019
Zdroj:
J.C.K.Peterhans et al., Lion-Porcupine Ineteractions in Africa, Including Impacts on Lion Predatory Behavior, Journal of East African Natural History, 108 (1): 1–15 (2019) https://doi.org/10.2982/028.108.0101
Zdroj
Fotografie uloveného lva z roku 1965. V levé nozdře vidíme zaseknutou zlomenou dikobrazí bodlinu o délce 16 cm, což muselo velice bolet, foto Kerbis  Peterhans,  J.C.  &  T.P.  Gnoske  (2001).  The  science  of  “man  eating”  among  lions  Panthera  leo  with  a  reconstruction  of  the  natural  history  of  the  Man-eaters  of  Tsavo.  Journal of East African Natural History90: 1–40.

Jak se ze lva stane lidojed? Zpravidla tak, že získá velmi špatnou zkušenost se svou tradiční kořistí a začne lovit mnohem snadnější kořist - zdomestikovaný dobytek a lidi. Tou nepříjemnou kořistí může být dikobraz (čeleď dikobrazovití, Hystricidae, angl. porcupine). U lvů (Panthera leo) v suších končinách tvoří až třetinu potravy dikobrazi rodu Hystrix. S vahou kolem 20 kg představuje chutné sousto, avšak při lovu je třeba být maximálně opatrný. Dlouhé ostny se snadno zaseknou do kosti nebo zubu a mohou způsobit velmi bolestivá, špatně se hojící zranění. Takto postižený lev se napříště dikobrazu vyhne a půjde po něčem, co uloví opravdu snadno - např. dítě.

„Jde o Davida a Goliáše afrických savan. Mocný pán savany zkouší sníst šťavnatého, tučného dikobraza, ale zraní ho bodliny. Přestože lvi jsou na vrcholu potravního řetězce, poraní se, pokud nedávají pozor, co dělají,“ říká Gastone Celesia, spoluautor studie o vztahu afrických lvů a dikobrazů.

 

Rozluštil nebo nerozluštil?

18.5.2019
Zdroj:
Gerard Cheshire (2019) The Language and Writing System of MS408 (Voynich) Explained, Romance Studies, DOI: 10.1080/02639904.2019.1599566
Zdroj
Botanické ilustrace z Voynichova rukopisu, foto Yale Universtiy/Public Domain.

Gerard Cheshire z University of Bristol tvrdí, že identifikoval jazyk a rozluštil abecedu Voynichova rukopisu. Výsledky publikoval v nepříliš známém, byť recenzovaném vědeckém časopise Romance Studies. Zvláštní je, že publikace má jediného autora, což je v dnešní době extrémně neobvyklé. Všechna předchozí rozluštění ohlášená jinými autory nepřežila následnou kritickou revizi. Existuje i názor, že rukopis žádné informace neobsahuje, že jde jen o nesmyslné řetězce znaků, anebo že autorem je Voynich sám.

Voynichův rukopis je ilustrovaná kniha psaná neznámými znaky v neznámém jazyce. Radiokarbonová analýza použitého pergamenu klade jeho vznik do let 1404 - 1438. Pojmenování nese po knihkupci, antikváři, revolucionáři, chemiku a lékárníkovi Wilfridu Voynichovi, který rukopis získal v Itálii roku 1912. V současnosti ho vlastní Yaleova univerzita, kde ho najdeme pod označením MS 408. Zájem záhadologů i vědců přitahuje již desítky let.

Shrňme si, co o Voynichově rukopisu tvrdí Cheshire: Kromě nemnoha latinských slov a zkratek je Voynichův rukopis napsán odjinud neznámými symboly, které přibližně odpovídají písmenům latinské abecedy. Nenajdeme v ní zdvojené souhlásky ani klasická interpunkční znaménka, která zastupují symboly. Pro změnu ve Voynichově rukopisu nacházíme násobné samohlásky, od dvouhlásek až po na pětihlásky. Rukopis sestavila na ostrově Ischia v Neapolském zálivu v první polovině 15.století dominikánská jeptiška jako zdroj informací pro Marii Kastilskou, královnu aragonskou (1401 - 1458). Obsahuje informace o rostlinných přípravcích, léčivých koupelích a astrologii vztahující se k ženské mysli, tělu, početí a rodičovství. Součástí rukopisu je i dobrodružné vyprávění o plavbě lodi, jež zachránila přeživší po sopečném výbuchu v Tyrhénském moři, které začíná 4.února 1444. Napsán je starým románským jazykem, protorománštinou.

Protorománština vznikla ve Středomoří z latiny a dalších místních jazyků v raném středověku po pádu Západořímské říše a byla velmi rozšířená. Žádné písemné záznamy nezůstaly, protože veškeré listiny se tehdy vyhotovovaly v latině. Postupně z něj vznikly současné románské jazyky, např. italština. Proč jeptiška použila ve 15. století stovky let mrtvý jazyk, Cheshire vysvětluje odlehlostí ostrova Ischia.

Na konečný verdikt si budeme muset ještě počkat.

 

Pavouk se katapultuje

17.5.2019
Zdroj:
S.I.Han et al., External power amplification drives prey capture in a spider web, PNAS 2019, https://doi.org/10.1073/pnas.1821419116
Zdroj
Pavouk Hyptiotes cavatus, 2012, Julie Metz Wetlands, Woodbridge, Virginia, foto Judy Gallagher [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)].

Severoamerický pavouk Hyptiotes cavatus (angl.triangle weaver) z čeledi pakřižákovitých (Uloboridae) využívá síť jako katapult, aby se rychle přiblížil ke kořisti. Postupně nohama napíná jedno ze tří kotvících vláken. V okamžiku, kdy zaznamená chvění sítě způsobené kořistí, napnuté vlákno uvolní. Jak vidíme na 200 x zpomaleném videu, síť ho katapultuje o 2 až 3 cm rychlostí skoro 800 m/s. Další videa s pavoučkem najdeme zde.

Existuje řada živočichů, kteří využívají pružnost různých částí svého těla k získání rychlosti. Pouze lidé a pavouk H.cavatus za tím účelem vytvářejí speciální nástroje. Vidíme, že využití pavoučí sítě může být vskutku rozmanité.

 

Obdivuhodný výkon

16.5.2019
Zdroj:
https://medicalxpress.com/news/2019-05-czech-teacher-survives-years-heart.html
Zdroj
Počítačová animace řezu tlukoucím srdcem, DrJanaOfficial [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)].

10.května zemřel ve věku 83 let v Jihlavské nemocnici Rudolf Sekava s transplantovaným srdcem 25leté dívky, které obdržel 23.října 1984. Žil s ním 34 a půl roku, což ho řadí do skupiny nejdéle přeživších s náhradním srdcem. Vůbec nejdéle žil s transplantovaným srdcem Ted Nowakowski z USA, který zemřel v roce 2017. Tlouklo mu v hrudi o zhruba dva měsíce déle než p.Sekavovi. Zajímavá náhoda je, že oba zmínění pánové byli učitelé.

 

Moře v jantaru

15.5.2019
Zdroj:
Tingting Yu et al., An ammonite trapped in Burmese amber, Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.1821292116
Zdroj
Mikroskopický snímek amonita Pouzosia v jantaru. Úsečka je 2 mm dlouhá, ingting Yu et al., An ammonite trapped in Burmese amber, Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.1821292116, CC BY, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Bohaté barmské naleziště fosilií vydalo další, extrémně zajímavý kus. Mořské živočichy zalité v jantaru, fosilizované pryskyřici suchozemských stromů. Paleontologové popsali nedospělého amonita rodu Puzosia, několik čistě mořských plžů a stejnonožců žijících v přílivové zóně. Kromě nich nalezli ve vzorcích, které zkoumali mikroskopicky i pomocí počítačové tomografie, řadu suchozemských živočichů, hlavně hmyzu. Pryskyřice je všechny zalila před 99 miliony let, v období svrchní křídy. Nejde o první nálezy fosilií mořských tvorů v jantaru, ale i tak jsou extrémně vzácné a cenné.

Protože schránka amonita byla při zalití poškozená a části chyběly, šlo pravděpodobně o mrtvého jedince vyplaveného na pláž. Tam ho zalila pryskyřice ze stromu rostoucího na pobřeží. Nasvědčují tomu i zrníčka písku doprovázející fosilii v jantaru.

 

Cholera přežije

14.5.2019
Zdroj:
https://www.rdmag.com/news/2018/08/how-cholera-bacterium-survives-water-predators#.W4TakPIsb30.email
Zdroj
Snímek vodní améby nakažené bakteriemi cholery Vibrio cholerae. Snímek byl pořízen elektronovým mikroskopem, lokesch lab and BioEM facility (EPFL).

Bakterie cholery Vibrio cholerae nacházíme často v řekách, jezerech i mořích. Ve vodním prostředí nepanuje pro jednobuněčné žádná idylka. Je plné hladových jednobuněčných predátorů, jako např. améb (měňavek), které neustále slídí po chutném soustu. V.cholerae získala řadu dovedností, aby v drsném prostředí obstála. Pozře-li ji améba, odolá enzymům trávicí vakuoly a ještě buňku predátora kolonizuje a množí se tam. Použitého hostitele opouští ve větším počtu, než do něj vstoupila.

Je pravděpodobné, že právě tento způsob života vedl ke vzniku řady vlastností V.cholerae, které hrají významnou roli i pokud infikuje nás. Potvrzuje to vedoucí výzkumu Melanie Blokesch z L'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL): „Nadchly nás nové údaje, které podporují hypotézu, že tlak predátorů vedl ke vzniku specifických vlastností, jež hrají dvojí roli - v prostředí a v nakažených lidech.“

 

Umělá buňka bojuje s cukrovkou

13.5.2019
Zdroj:
Z.Chen et al., Synthetic beta cells for fusion-mediated dynamic insulin secretion, Nature Chemical Biology, 2017/10/30/online, doi:10.1038/nchembio.2511
Zdroj
Mikroskopický snímek Langerhansových ostrůvků (foto Polarlys, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons). Celkem jich ve slinivce najdeme kolem jednoho milionu a představují 2- 3% její hmotnosti. Produkují hormony do krve a funkcí i vzhledem se odlišují od ostatní tkáně pankreatu, která produkuje trávicí enzymy do dvanáctníku.

Při onemocnění diabetem dochází k poškození tzv. β-buněk v Langerhansových ostrůvcích v pankreatu (slinivce břišní), takže do krve neuvolňují dostatečné množství inzulínu, hormonu, který inicializuje průnik sacharidu glukózy do tělních buněk. Jejich důvtipnou náhradu připravili vědci z University of North Caroline v Chapellu Hillu pod vedením prof.Zhen Gu. Vytvořili systém, který fungováním v mnohem buňky připomíná.

Přeměna glukózy na glukonolakton a kyselinu glukonovou.Základem je měchýřek o průměru 1 - 5 mikrometru tvořený fosfolipidovou membránou se zanořenými molekulami speciální bílkoviny, které slouží k transportu molekul glukózy z vnějšku do vnitřní dutiny. Uvnitř je enzym glukozoxidáza zoxiduje na glukonolakton, jež samovolně rychle hydrolyzuje na glukonovou kyselinu. Reakční schéma vidíme na obrázku. Je-li glukózy ve vnějším prostředí dostatek, klesne vnitřní pH vlivem vznikají glukonové kyseliny až pod hodnotu 5,6.

Schéma umělé beta buňky (Z.Chen et al., Synthetic beta cells for fusion-mediated dynamic insulin secretion, Nature Chemical Biology, 2017/10/30/online).Za těchto podmínek začnou fungovat malinkaté vezikuly, drobné měchýřky s fofoslipidovým obalem (membránou), které plavou v dutině velkého měchýřku. Jejich průměr kolísá kolem 50 nm, takže se jich tam vejde dost. V jejich nitru se nacházejí molekuly hormonu inzulínu. Vezikuly stabilizují molekuly bílkovin na jejich povrchu. V dostatečně kyselém prostředí přesnou tuto funkci plnit. Malé vezikuly splynou s membránou velkého měchýřku a inzulin z jejich nitra se vylije do vnějšího prostředí. Schéma umělé β-buňky vidíme na obrázku (Z.Chen et al., Synthetic beta cells for fusion-mediated dynamic insulin secretion, Nature Chemical Biology, 2017/10/30/online).

John B.Buse z University of North Carolina doplňuje: „Je třeba udělat ještě hodně práce před zahájením studií na lidech. Ale výsledky ukazují, že jde o slibný přístup ke zlepšení nesnadné léčby diabetu.“

 

Jak odpočívají býložravci?

12.5.2019
Zdroj:
E.Pucora et al., Resting postures in terrestrial mammalian herbivores , Journal of Mammalogy, Volume 100, Issue 2, 24 April 2019, Pages 552–563, https://doi.org/10.1093/jmammal/gyz044
Zdroj
Mezi přežvýkavce patří i antilopy skákavé (Antidorcas marsupilis) na snímku Vaclava Ourednika, Namibie 2016.

Při spánku či odpočinku zaujímají býložravci polohu odpovídající velikosti. Čím blíže mají k zemi, tím více upřednostňují polohu na břiše. Větší zvířata s delšíma nohama spočinou raději na boku. Koně při spánku ve stoje zpevňují pomocí čéšky zadní nohu, takže mohou uvolnit svaly. Na zádech spí jedině klokani rodu Macropus. Stárnoucí sloni kvůli své velikosti špatně vstávají, proto si raději lehnou na svah nebo pohoví jen tak někde opření. „Proto je důležité, aby sloni měli v zoo hromady písku. Pokud mohou ulehnout šikmo, i stará zvířata se mnohem snadněji znovu vztyčí,“ vysvětluje spoluautor výzkumu Christian Schiffmann z Curyšské univerzity.

Výjimku představují přežvýkavci, kteří bez ohledu na velikosti odpočívají na břiše. Z obsahu bachoru se část k přežvýkání vyděluje pomocí gravitace, takže poloha na boku by způsobovala špatné trávení.

 

Druhý zvuk

8.5.2019
Zdroj:
S.Huberman et al., Observation of second sound in graphite at temperatures above 100 K, Science 26 Apr 2019: Vol. 364, Issue 6438, pp. 375-379 DOI: 10.1126/science.aav3548
Zdroj
Grafit, minerál složený z vrstev uhlíkových atomů, United States Geological Survey/Mineral Information Institute, public domain.

Teplo se v grafitu mezi 85 a 120 K pohybuje jako vlna. Teče mnohem rychleji než při klasické difuzi a teploty se nevyrovnávají, nýbrž oblast vyšší teploty se samostatně pohybuje zhruba rychlostí zvuku v daném materiálu. Pro podobu s sířením zvukové vlny hovoří fyzikové o druhém zvuku (second sound). Jde o velmi vzácný jev kvantové povahy, který můžeme pozorovat v čistých materiálech za velmi nízkých teplot. U grafitu díky vrstevnaté struktuře pozorujeme second sound při neobvyklé vysoké teplotě, i když 120 K je stále ukrutánský mráz.

O možnostech využití soudí prof.Heith Nelson z MIT: „Existuje obrovský tlak na miniaturizaci všeho a na hustotu obvodů našich počítačů a elektroniky vůbec. Zvládání tepelných toků se v takovém měřítku stává velmi obtížné. Máme dobré důvody předpokládat, že druhý zvuk může být v grafenu mnohem intenzivnější, možná i za pokojové teploty. Bude skvělé, pokud se ukáže, že grafen může účinně odvádět teplo jako vlny.“

 

Čichám, dokud dýchám

7.5.2019
Zdroj:
Ofer Perl et al., Human non-olfactory cognition phase-locked with inhalation, Nature Human Behaviour (2019) https://doi.org/10.1038/s41562-019-0556-z
Zdroj
Žlutě jsou  na řezu lidskou hlavou vyznačeny olfaktorické nervy směřující do rovněž žlutého čichového bulbu, obr.Patrick J. Lynch, medical illustrator [CC BY 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)].

Zpracování čichovým vjemů je v mozku úzce sfázováno s dýcháním. Logicky nemá smysl vyhodnocovat čichové vjemy při výdechu, ale pouze při vdechu. Vědci z Weizmannova institutu věd v izraelském Rehovotu odhalili, že zpracování signálů ostatních smyslů je v mozku stejným způsobem sfázováno s nádechem, přestože k tomu není důvodu. A opačně, soustředění se na vnímání vyvolá nádech. Propojení vzniklo během evoluce, protože čich je nejstarší smysl a vedl ke vzniku dalších mozkových funkcí.

Informace z čichových orgánů sbírá u obratlovců část mozku zvaná čichový bulbus (bulbus olfactorius, též čichový kyj, viz obr.) Nachází se na spodku předních částí hemisfér koncového mozku. Čím je větší, tím významnější roli má čich pro dané zvíře. Zvláště velký je např. u žraloků nebo psů.

 

Beton vybuchuje

6.5.2019
Zdroj:
D Dautia, A Tengattini, S Dal Pont, N Toropovs, M Briffaut, B Weber; Analysis of moisture migration in concrete at high temperature through in-situ neutron tomography; Cement and Concrete Research (2018). doi:10.1016/j.cemconres.2018.06.010
Zdroj
Škody po požáru v Gotthardském silničním tunelu v roce 2001.

Přesáhne-li teplota požáru 1.000 oC, může beton vybuchnout. Došlo k tomu při požáru Gotthardského silničního tunelu v roce 2001 a Montblanského silničního tunelu v roce 1999. Vědci ze švýcarského Federálního ústavu pro zkoušení a výzkum materiáků (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, zkráceně EMPA) začali tento problém studovat. Přesáhne-li teplota betonu 200 oC, cement začne dehydratovat. Z jeho struktury se uvolňuje voda, která nemá kam uniknout. Jak vidíme na tomto videu, ohřívání skončí výbuchem.

Přesné informace o pohybu vody v zahřívaném betonu přinesla neutronová tomografie. Uvolněná voda prosakuje z teplejší do chladnější oblasti, tedy od požáru. Tím vzniká jakási kapsa mezi kapalnou vodou a požárem, v níž stoupá tlak vodní páry.Vezmeme-li v úvahu velmi nízkou porositu a drobné póry kvalitních betonů, jinak než explozí natlakované páry to nemůže skončit.

 

Hroši dodávají křemík

5.5.2019
Zdroj:
J.Schoelynck et al., Hippos (Hippopotamus amphibius): The animal silicon pump, Science Advances 01 May 2019: Vol. 5, no. 5, eaav0395, DOI: 10.1126/sciadv.aav0395
Zdroj
Hroši lenošící a vyměšující ve vodách východoafrické řeky Mara, foto Jonas Schoelynck.

Hroši obojživelní (Hippopotamus amphibius) nečekaně hrají klíčovou roli v biogeochemickém cyklu křemíku východoafrických ekosystémů. Noci tráví pastvou na savanách, zatímco v horkých dnech lenoší ve vodě, kam také vyměšují. A že je to nějakých exkrementů! Hroši, na rozdíl od ostatních tamních živočichů, přenášejí živiny ze savan do řek. Jak ukázaly poslední výzkumy, v případě křemíku jde o rozhodující množství. Trávicím traktem hrochů projde 76% toku křemíku v povodí africké řeky Mara, která ústí do Viktoriina jezera. Tam z něj jednobuněčné řasy rozsivky (Diatomeae, angl. diatoms) budují své schránky.

„Tráva, kterou hroši jedí, obsahuje křemík, který získává z podzemních vod. Dodává rostlinám pevnost, chrání před onemocněními a v omezeném rozsahu i před spásáním drobnými živočichy,“ vysvětluje Jonas Schoelynck z Antverpské univerzity, první autor publikace. Denně do vod řeky Mara 4.000 tamních hrochů dodá 400 kg křemíku. Patrick Frings z Deutsches GeoForschungs Zentrum doplňuje: „Naše výsledky jsou zcela nové. Dosud nikdo nepředpokládal, že pastva divoké zvěře má takový vliv na transport křemíku do řek. Tento proces je klíčový pro celý ekosystém.“

 

Těžká voda barví

4.5.2019
Zdroj:
Y Luo et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201900806
Zdroj
Chemická struktura činidla reagujícího na přítomnost těžké vody.

Překvapivě jednoduché činidlo reagující změnou barvy na přítomnost těžké vody D2O připravili čínští chemici ze Sečuanské univerzity v Čcheng-tu (Chengdu). Jde o nepříliš složitou organickou sloučeninu, chemickou strukturu vidíme na obrázku. pH těžké vody je nepatrně vyšší než normální vody H2O. Přítomnost těžké vody způsobuje četnější odštěpení H+ z -OH skupiny molekuly a její přeměnu na odlišně zbarvený aniont pohlcující světlo vlnových délek 500 - 600 nm. Nezávislá odbornice nespojená s výzkumem Alice Soldá z Technische Universität München vysoce hodnotí citlivost činidla, které reaguje již na promile těžké vody.

 

Nelétací peří

3.5.2019
Zdroj:
Y. Pan et al., The molecular evolution of feathers with direct evidence from fossils, PNAS, February 19, 2019 116 (8) 3018-3023, doi: 10.1073/pnas.1815703116
Zdroj
Rekonstrukce opeřeného dinosaura druhu Anchiornis huxleyi. Sahal by nám tak do půli lýtek, obr. Matt Martyniuk [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)].

Využít peří při létání umožnila až mutace poprvé objevená u velmi malého dinosaura druhu Anchiornis starého 160 milionů let. To už peří existovalo dobrých deset milionů let a sloužilo jako ochrana, druhotný pohlavní znak a možná pro nadnášení při skocích. Do objevení nejznámějšího tehdejšího opeřence Archeopteryxe zbývalo rovněž tak deset milionů let. Původní peří tvořil typ bílkoviny keratinu zvaný α. Peří z něj bylo příliš tuhé, než aby dobře fungovalo při letu. U Anchiornise poprvé nalézáme pružnější směs s příměsí β-keratinu, která létání umožňovala. Peří současných ptáků tvoří β-keratin, jehož molekuly jsou o něco menší než u α-keratinu. Keratin obecně je velmi rozšířená bílkovina, ze které máme vlasy, chlupy a nehty.

Šéfka výzkumného týmu paleontoložka Mary Schweitzer z North Carolina State University v Raleigh upřesňuje: „V určitém okamžiku během vývoje peří prošel jeden z genů α-keratinu přeměnou, což způsobilo, že výsledný protein se stal poněkud menší. To změnilo biofyziku peří. Stalo se pružnější, což je předpokladem letu. Pokud můžeme určit, kdy a u jakých zvířat tato změna nastala, lépe pochopíme, jak a kdy se vyvinula schopnost letu při přechodu od dinosaurů k ptákům.“

 

Zvláštní strategii rozmnožování

2.5.2019
Zdroj:
M.Grosmaire et al., Males as somatic investment in a parthenogenetic nematode, Science 15 Mar 2019: Vol. 363, Issue 6432, pp. 1210-1213, DOI: 10.1126/science.aau0099
Zdroj
Hlístice (Nematoda) Mesorhabditis belari, pět samiček a jeden samec.

používá hlístice Mesorhabditis belari. Spermie při oplodnění aktivují vajíčka, avšak 91% potomstva tvoří partenogenetické samčí hlístice, které nemají žádnou DNA od otců. Pouze zbývajících 9% představují samci. Spermie se samčím pohlavním chromozomem Y jsou mnohem čilejší a dokážou proniknou do vajíček, aby je oplodnily. Spermie se samičím pohlavním chromozomem X do vajíčka proniknout nedokážou.

 

Napnout a rozsvítit

1.5.2019
Zdroj:
Sagara, Y. et al., Rotaxane-based Mechanophores Enable Polymers with Mechanically Switchable White Photoluminescence, ACS Central Science, April 24, 2019, DOI: 10.1021/acscentsci.9b00173
Zdroj
Zářící napnuté polyuretanové pásky se zabudovanými rotaxanovými luminofory. Ve spodním pásku najdeme všechny tři luminofory záříci modře, zeleně a oranžově, obr.Hokkaidská univerzita.

Rotaxany umožňují sledovat mechanické napětí, popř. poškození polymerů pomocí fluorescence. Rotaxanem nazýváme cyklickou molekulu navlečenou na jiné molekule jako na ose, aniž by mezi nimi existovala chemická vazba. Připravíme-li polymer tak, aby se v jeho řetězci nacházely molekuly quencheru (zhášeče) a na nich bez chemické vazby navlečené fluorescenční rotaxany, za normálních okolností nefluoreskuje. Energii fluorescenční molekule odebere quencher a přemění ji na teplo. To je naprosto běžný proces, k typickým quencherům patří kyslík. Zpravidla je snazší zajistit, aby se molekula nadbytku energie zbavila jinak než vyzářením fotonu.

Struktura fluorescenčních rotaxanů pod označení 1, 2 a 3. Jejich barvy naznačují barvu fluorescence (modrá, zelená, oranžová). Níže je znázorněna kompletní struktura rotaxanů navlečených na polymerní řetězce, jejichž základem byl polyuretan (Rot-1, Rot-2 a Rot-3), Sagara, Y. et al., Rotaxane-based Mechanophores Enable Polymers with Mechanically Switchable White Photoluminescence, ACS Central Science, April 24, 2019. Na obrázku nahoře vidíme strukturu jednotlivých fluorescenčních rotaxanů. Při mechanickém napětí dojde k protažení polymerního řetězce, quencher vyklouzne ze své dutinky, takže molekula začne fluoreskovat, jak vidíme na videu. Hovoříme o mechanofluorescenci. Protože nedojde k přerušení žádné chemické vazby, proces je zcela vratný. Fluorescenční rotaxany lze využít při studiu napětí v polymerech nebo k výrobě senzorů sledujících degradaci materiálu.

akademon.cz 5.10.2016: Za objev rotaxanů byla roku 2016 udělena Nobelova cena za chemii.

akademon.cz 18.5.2018: Molekula projde molekulou

 

Diskuse/Aktualizace