Supravodivý generátor funguje

18.11.2019
Zdroj:
A.Bergen et al., Design and in-field testing of the world's first ReBCO rotor for a 3.6 MW wind generator, Superconductor Science and Technology, vol 32 (12), (2019), DOI: 10.1088/1361-6668/ab48d6
Zdroj
Vlevo klasický generátor o průměru 5,4 m, vpravo supravodičový o průměru 4 m stejného výkonu.

Úspěšně proběhly první provozní testy větrné turbíny o výkonu 3,6 MW se supravodivými cívkami generátoru v dánském Thyboronu. Pro výkony nad 10 MW jsou elektrické generátory s permanentními magnety příliš velké. Možnosti užití supravodičů pro vylehčení konstrukce potvrdil právě ukončený test. Permanentní magnety nahradilo 40 supravodivých cívek, každá o délce 1,4 m. Jako vysokoteplotní supravodivý materiál sloužil oxid měďnato-barnatý a přídavkem gadolinia. Přestože jde o tzv. vysokotepotní supravodič (HTS), i tak bylo třeba chladit na 30 K, což je pořádný mráz. Ochlazení supravodivých cívek na tuto teplotu pomocí chladicího zařízení turbíny vyžaduje dva týdny.

„Provozní test generátoru byl mimořádně úspěšný. Po instalaci v Thyboronu dosáhla turbína projektovaného výkonu a dodávala proud do sítě více než 650 hodin. To ukazuje kompatibilitu technologie supravodivých generátorů se všemi prvky operačního prostředí, jako jsou proměnné rychlosti, poruchy sítě, elektromagnetické harmonické kmity a vibrace. ... Ukázalo se, že výroba HTS cívek není omezena na specializované laboratoře a představuje úspěšný přenos technologií z vědy do průmyslu. Rotor HTS byl také smontován v průmyslovém zařízení, což ukazuje, že supravodivé komponenty může nasadit v běžné výrobě. Když byla prokázána správnost konceptu, doufáme, že se technologie supravodivých generátorů široce uplatní ve větrných turbínách,“ hodnotí výsledky testů první autorka publikace Anne Bergen z nizozemské Universiteit Twente.

 

Buch do oříšku

17.11.2019
Zdroj:
Falótico, T., Proffitt, T., Ottoni, E.B. et al. Three thousand years of wild capuchin stone tool use. Nat Ecol Evol 3, 1034–1038 (2019) doi:10.1038/s41559-019-0904-4
Zdroj
Malpa pruhohřbetá v národním parku Serra da Capivara, foto Tiago Falótico [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)].

Zajímavé výsledky přinesly archeologické vykopávky prováděné při studiu malp pruhohřbetých (Sapajus libidinosus, angl. wild capuchin monkey) v brazilském národním parku Serra da Capivara. Jde o první případ užití archeologie při studii jiných tvorů než lidí. Nejstarší nalezené kamenné opičí nástroje jsou staré 2.400 až 3.000 let. „Malpy pruhohřbeté v této lokalitě používají kamenné nástroje v širším měřítku než jakákoli známá zvířata kromě Homo sapiens. Používají je k louskání ořechů, drcení semen a ovoce, buší kamenem o kámen nebo se snaží imponovat sexuálním partnerům,“ říká člen archeologického týmu Tiago Falotico z Universidade de Sao Paulo.

Plody vysokého tropického stromu ledvinovníku západního (Anacardium occidentale). Pod žlutou hruštičkou visí ta část plodu, kterou známe jako kešu oříšek. V tropických oblastech se jí nebo zkrmuje i dužnatá část plodu zvaná kešu jablko, foto Abhishek Jacob [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Nejstarší kameny nesou stopy četného používání a jsou výrazně menší a lehčí než dnes využívané. Před 2.500 nastala změna. Malpy začaly užívat výrazně těžší kameny než současné, což vydrželo do doby zhruba před 300 lety. Není jasné, zdali změny velikostí nástrojů souvisí se změnou tvrdosti potravy nebo příchodem jiných malp o odlišnou nástrojovou kulturou. V současnosti pomocí kamenů nejvíce drtí kešu oříšky, podstatnou část stravy.

 

Dusík vybuchne

16.11.2019
Zdroj:
D.Dobrynin et al., Nanosecond-pulsed spark discharge plasma in liquid nitrogen: synthesis of polynitrogen from NaN3, Journal of Physics D: Applied Physics, 2019, Volume 52, Number 45, https://orcid.org/0000-0003-4671-5370
Zdroj
Chemická struktura polydusíku 6.

Podivnou chemickou reakcí vznikla zvláštní sloučenina. Teoretici již delší dobu předpokládali, že molekula cyklického polydusíku N6 obsahuje tak velké množství energie, že by se hodila jako medium pro její ukládání. Leč jak tuto molekulu připravit? Působením plazmatu na azid sodný NaN3 v prostředí kapalného dusíku. Celý průběh reakce můžeme shlédnout na videu na této stránce.. Vydržte až do konce, vysoký energetický obsah sebou nese riziko nestability. Plazmový výboj nejprve odtrhne z molekuly azidu sodného skupinu N3. Chlad okolního kapalného dusíku zabrání dalším reakcím a dovolí jen kondenzaci dvou těchto skupin na molekulu N6, která může být neutrální nebo nést náboj.

„Zájem o polydusík vychází z toho, že může sloužit jako zelené palivo, pro ukládání energie nebo jako trhavina. Různé varianty molekuly již v laboratořích vznikly, ale nikdy tak, aby byly dostatečně stabilní za běžných podmínek nebo v čisté podobě N6. Nás způsob využívající kapalné plazma otvírá nový směr výzkumu, který by mohl vést ke stabilnímu polydusíku,“ soudí první autor publikace docent Danil Dobrynin z Drexel University ve Philadelphii. Energie detonace polydusíku N6 by mohla dosáhnout až 22,9 MJ/kg. Pro srovnání nejsilnější současné, termobarické trhaviny dosahují 8 MJ/kg. Pro úplnost dodejme, že známe i jiné molekuly polydusíku, ale do žádné z nich nenacpeme tolik energie jako do N6.

Zdeněk Drvota 16.11.2019: WTF "liquid plasma"?

Pavel Rybka 17.11.2019: Liquid plasma má dva významy. Původní je pro krevní plasmu, která nebyla zmražena a uchovala si některé biologické vlastnosti. Dále jsem se dozvěděl,že Nyheim Institute pro výzkum plazmy provádí pokusy s výboji v kapalném prostředí tím míní liquid plasma. https://phys.org/news/2019-11-stabilize-pure-polymeric-nitrogen-plasma.html

Pavel 18.11.2019: Zelené palivo? Nevzniknou náhodou při detonaci ty fujky fujky oxidy dusíku?

 

Toaleta pozná

15.11.2019
Zdroj:
Miller, I.J., Peters, S.R., Overmyer, K.A. et al. Real-time health monitoring through urine metabolomics. npj Digit. Med. 2, 109 (2019) doi:10.1038/s41746-019-0185-y
Zdroj
Schéma analytické záchodové mísy. Zařízení pro odběr dopraví vzorek moči k analýze do hmotnostního spektrometru. Výsledky analýzy se bezdrátovým datovým přenosem dostanou do smartphonu.

Už ani na záchodě nezůstaneme nesledováni! Na internet věcí se brzy připojí i záchodová mísa. Pomocí zabudovaného hmotnostního spektrometru zanalyzuje vzorek moči bezprostředně po spláchnutí a výsledky pošle na smartphone váš nebo vašeho lékaře. Prototyp by brzy měl být instalován v Morgridge Institute for Research v Madisonu ve Wisconsinu. Soustavné sledování moči může skutečně přinést lepší údaje o zdravotním stavu než občasné testování při návštěvě lékaře. Kromě nemocí prozradí i požití alkoholu, kávy nebo drog anebo pozná, zdali užíváte předepsané léky. Celkem na 600 různých údajů. Anebo může rozpoznat nebezpečí vzniku epidemie vyhodnocení dat od mnoha uživatelů.

„Máte-li desítky tisíc uživatelů a může porovnat výsledky analýzy s jejich zdravotním stavem a životním stylem, získáte opravdu rozsáhlé diagnostické možnosti,“ hodnotí nový přístroj šéf výzkumného týmu prof.Joshua J. Coon z University of Wisconsin-Madison. Problém představuje cena vhodného hmotnostního spektrometru, která dosahuje několika milionů Kč. Prof.Coon doufá ve snížení díky úsporám při hromadné výrobě: „Téměř všechny automobily na silnicích jsou komplikovanější než přenosný hmotnostní spektrometr.“ To je sice fakt, ale ani při veškeré hromadné výrobě stojí automobil neporovnatelně více než porcelánová záchodová mísa.

 

Není hluk jako hluk

14.11.2019
Zdroj:
R.K.Christensen et al., White noise background improves tone discrimination by suppressing cortical tuning curves, Cell Reports (2019), doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.049
Zdroj
Zrnění za nepřítomnosti signálu na starých typech televizních obrazovek založených na katodové trubici tvořil bílý šum.

Experimenty na myších ukazují, že oproti očekávání bílý zvukový šum v pozadí zlepšuje sluchové rozlišení blízkých frekvencí. V bílém šumu najdeme rovnoměrně zastoupené všechny frekvence. Termín se nepoužívá jen v akustice, ale všude, kde nějaké kmitání existuje. Kromě akustického bílého šumu známe např. elektrický bílý šum. Označení bílý pochází z optiky, kde v bílém světlu nacházíme všechny ostatní barvy. Akustický bílý šum můžeme vyslechnout zde.

Náčrtek vnitřního ucha s kochleou úplně vpravo. Část od hlemýždě nalevo tvoří vestibulární orgán, který slouží k detekci polohy a zrychlení,  MouagipThis W3C-unspecified vector image was created with Adobe Illustrator, [Public domain] .Leč zpět k myším ouškům. Jde o zcela kontraintuitivní výsledek. Na základě zkušenosti bychom očekávali, že když smísíme více zvuků, každý nich budeme vnímat hůř. Vnímání se zlepšuje jen u blízkých frekvencí, u vzdálenějších nikoliv. Zvukové vlnění převádí na elektrický nervový signál kochlea neboli hlemýžď (angl. cochlea), spirálovitá část vnitřního ucha. Různé frekvence podráždí odlišné úseky hlemýždě, takže i jiné skupiny neuronů.

Výsledky pocházejí přímo ze sledování a řízení aktivity nervových buněk sluchové oblasti mozkové kůry. Iontové kanály v jejich buněčných membránách byly geneticky modifikovány tak, aby byly citlivé na světlo. Tato metoda kontroly buněk v živé tkáni se nazývá optogenetika. Spuštění zvukového bílého šumu vede k deaktivaci některých neuronů. O příčinách jevu spekuluje vedoucí výzkumného týmu profesorka Tania Rinald Barkat z Basilejské univerzity: „Celkové snížení aktivity neuronů vytvoří rozlišitelnější nervové signály.“ Nové poznatky se možná uplatnění při zlepšení funkce naslouchátek pro postižené poruchou sluchu.

 

Dovnitř a ven

13.11.2019
Zdroj:
Sahag Voskian, T. Alan Hatton, Faradaic electro-swing reactive adsorption for CO2 capture, Energy & Environmental Science (2019). DOI: 10.1039/C9EE02412C
Zdroj
Schéma pohlcování oxidu uhličitého elektrochemickým procesem. Po přepólování běží všechny procesy opačně a oxid uhličitý se uvolňuje.

Zajímavé elektrochemické zařízení, které selektivně zachycuje oxid uhličitý z plynů v okolí, funguje na základě redukce chinonů elektrickým proudem. Celá reakční schéma vidíme na obrázku. Katodu tvoří kompozit z poly-1,4-anthrachinonu vyztužený uhlíkovými nanotrubicemi. Anoda je z polyvinylferrocenu rovněž s uhlíkovými nanotrubicemi. Jako elektrolyt pro převod náboje mezi elektrodami slouží 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid. Jde o iontovou kapalinu, která se velmi málo odpařuje, takže celé zařízení může pracovat otevřené v proudu plynu, který přivádí oxid uhličitý k adsorpci. Podivuhodná je i stabilita systému. 7.000 cyklů snížilo kapacitu o 30%. Vložíme-li napětí vhodné polarity, systém pohlcuje CO2 jak zjednaný. Otočíme-li polaritu, nezadržitelně ho uvolňuje.

Chemická struktura elektrolytu, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imidu.„Velkou výhodou této technologie oproti ostatním uhlík pohlcujícím nebo uhlík adsorbujícím je binární afinita sorbentu vůči oxidu uhličitému. Elektroda má buď vysokou afinitu nebo vůbec žádnou. Binární afinita dovoluje zachytávat oxid uhličitý při jakékoli koncentraci včetně 400 ppm a umožňuje ho uvolňovat do libovolného nosného plynu včetně 100% CO2,“ shrnuje výhody první autor publikace Sahag Voskian z MIT.

Ivo Ivan 14.11.2019: ..aspom,ze niekto nieco taketo objavil..keby sa to malo vyuzivat v praxi,a vo velkom,tak aby to znizovalo emisie,objavuju sa tu otazky: cena tych zariadeni..a odkial ziskat dostatok elektrickej energie..pocasie..vzdusne prudy..ci to neposkodi rastliny,ktore vlastne bez CO2 nemozu rast..

 

Rostliny nepomáhají

12.11.2019
Zdroj:
Cummings, B.E., Waring, M.S. Potted plants do not improve indoor air quality: a review and analysis of reported VOC removal efficiencies. J Expo Sci Environ Epidemiol (2019) doi:10.1038/s41370-019-0175-9
Zdroj
Radost přinese i bez filtrování.

Oproti rozšířené představě je vliv pokojových rostlin na kvalitu vzduchu v místnostech zanedbatelný. Skutečně mají schopnost odstraňovat ze vzduchu leckdy škodlivé těkavé organické látky (VOC - volatile organic compounds), ale ne dost rychle. Musely bychom přeměnit svůj pokoj v prales, abychom dosáhli pozorovatelného výsledku. NASA potvrdila, že příznivě ovlivňují kvalitu vzduchu pouze v dokonale uzavřených prostorech, jako je Mezinárodní kosmická stanice ISS. Nedostatečná filtrační schopnost rostlin nesnižuje význam jiných důvodů k pěstování. Je hezké mít v místnosti něco zeleného, o co musíme trochu pečovat.

K rozšířené představě o významu rostlin pro čistotu vzduchu dodává Michael S.Waring z Drexel University ve Philadelphii: „Vlastně jde o nedorozumění: rostliny jsou skvělé a skutečně mohou filtrovat vzduch, ale ne dostatečně rychle, aby změnily kvalitu vzduchu v domácnostech nebo kancelářích. Jde o příklad nesprávné interpretace vědeckých poznatků v průběhu času.“

Ivo Ivan 13.11.2019: ..tiez som tomu neveril,ze to ma vplyv..myslim,ze staci porovnat hmotnost rastlin a hmotnost obyvatelov bytu..a este porovnat rychlost metabolizmu rastlin a zivocichov..moj nazor..

 

Spláchnutí hráze

11.11.2019
Zdroj:
I.Moffat et al., Using ground penetrating radar to understand the failure of the Koh Ker Reservoir, Northern Cambodia, Geoarcheology, 2019, https://doi.org/10.1002/gea.21757
Zdroj
Plánek vodního díla na řece Stung Rongea, detail propusti a mapka oblasti, obr.Dr.Ian Moffat, Flinders University.

Špatný návrh hráze způsobil, že hlavní město Angkorské říše se v 10.století během krátké doby stěhovalo tam a zase zpět. Angkorská neboli Khmerská říše v období od 9. do 14.století ovládala rozsáhlé oblasti jihovýchodní Asie. Hlavním městem byl většinu času dodnes známý Angkor. Pouze v desátém století jako hlavní město krátce za panování krále Jayavarmana IV. fungoval Koh Ker 90 km severovýchodně od Angkoru. Nacházel se u současně vybudované rozsáhlé vodní nádrže, která zadržovala kvůli zavlažování vodu řeky Stung Rongea. Průzkum ukázal, že 7 km dlouhá hliněná hráz z druh tropické půdy vzniklý zvětráváním nevápencových horninlateritu? chránící město byla silně poddimenzována. Zřejmě během prvního období dešťů došlo k nevratnému poškození celého díla.

Ankgorská říše (červeně) a sousední státy v 9.století, obr. Javierfv1212 [CC0].„V té době stavba chrámů, obnova měst a rozvoj vodní infrastruktury byl klíčový pro legitimitu khmerských panovníků. Není těžké si představit, že selhání hráze v Koh Ker, tehdejšího největšího a nejambicióznějšího infrastrukturního projektu, mělo podstatný dopad na prestiž vládcova města a přispělo k rozhodnutí o návratu hlavního města Khmerské říše do Angkoru. Naše studie ukazuje, že ambiciózní inženýrské dílo bylo od samého počátku odsouzeno k rychlému nezdaru,“ komentuje poznatky Ian Moffat z Flinders University v Australii.

Provádění výzkum pomocí georadaru v Jordánsku, foto Archaeo-Physics LLC [Public domain].Archeologové nezískali poznatky z tak rozsáhlé plochy pomocí tradičních vykopávek. To by bylo příliš nákladné. Použili k tomu georadar (Ground-penetrating radar), v archeologii stále více používaný přístroj. Pomocí polarizovaných mikrovlnných pulsů zpravidla o frekvenci od 10 MHz do 2.6 GHz odhaluje podzemní struktury.

 

Už jdu!

10.11.2019
Zdroj:
A.S.Reinhold et al., Behavioral and neural correlates of hide-and-seek in rats, Science 13 Sep 2019: Vol. 365, Issue 6458, pp. 1180-1183, DOI: 10.1126/science.aax4705
Zdroj
Laboratorní potkan, domestikovaná varieta potkan obecného, Rattus norvergicus var. alba, která má sníženou schopnost přenášení chorob, foto  AlexK100 assumed (based on copyright claims). [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)].

Hru na schovávanou naučili laboratorní potkany (potkan obecný, Rattus norvegicus) na Humboldt-Universität Berlin. Chytří hlodavci hráli pro radost ze hry, nikoliv pro odměnu. Žádnou nedostávali. Zvládli obě role, jak schování, tak hledání ukrytého člověka. Potkani si spolu hrají často, honí se a předstírají lov. Sledování aktivity prefrontálního kortexu, nejpřednější části mozku, doložilo, že si hru užívají. Prefrontální kůra je propojena do mnoha mozkových oblastí a zodpovídá za integraci informací z různých zdrojů, plánování, přemýšlení a rozhodování.

Shrnutí rozdílů mezi krysou (nahoře) a potkanem (dole), obr. Wikimedia Commons, autor Karim-Pierre Maalej, přeložil Packa, CC BY-SA 3.0.„Potkani v naší studii se naučili komplexní chování tak rychle, že si myslíme, že ho mají v sobě. Předpokládáme, že se tak dobře skrývají a hledají, protože praktikují evolučně významné chování,“ soudí šéf výzkumu Michael Brecht. Přestože občas narazíme na výraz laboratorní krysa, jde vždy o potkana obecného (Rattus norvegicus) a nikoliv krysu obecnou (Rattus rattus). Rozdíly mezi oběma hlodavci najdeme na obrázku. Nejmarkantnějším znakem je potkanův holý ocas, který je u krysy vždy porostlý chlupy jako tělo.

 

Plynná schizofrenie

9.11.2019
Zdroj:
M. Ide et al., Excess hydrogen sulfide and polysulfides production underlies a schizophrenia pathophysiology, EMBO Mol Med (2019)e10695, https://doi.org/10.15252/emmm.201910695
Zdroj
Snímek mozku schizofrenika pořízený pozitronovou emisní tomografií. Rozdíly oproti normálnímu mozku vyznačuje červená a zelená. Červená označuje zmenšení objemu čelního laloku, zelená část mozku zvaná striatum vykazuje zvýšenou koncentrací dopaminu, Andreas Meyer-Lindenberg, M.D., Ph.D., NIMH Clinical Brain Disorders Branch on the tree of life, National Institutes of Health, public domain.

Schizofrenie koreluje s vyšší koncentrací sulfanu (sirovodíku, H2S) v mozku, či přesněji řečeno s vyšší koncentrací enzymu Mpst, který odpovídá za produkci této signální molekuly. Mimo odporného puchu jde o dosti jedovatou sloučeninu. Na schizofrenii však nemůžeme pohlížet jako na důsledek vlastní otravy sulfanem. V naprosto nepatrné a bezpečné koncentraci v našem těle slouží stejně jako oxid dusnatý NO nebo uhelnatý CO jako signální molekula pro přenos informací. Podobně jako NO uvolňuje hladké svalstvo cévních stěn. Měření u člověka potvrdily i experimenty na různých vyšlechtěných kmenech laboratorních myší, které se lišily aktivitou enzymu Mpst.

Určitě nejde o nějakou jednoduchou kauzalitu, ostatně z pouhé korelace kauzalita automaticky nevyplývá. Zdá se, že vyšší aktivita enzymu Mpst je reakcí buněk na oxidační stres. Důsledkem vyšší koncentrace sulfanu jsou změny při vývoji mozku, které nakonec vedou ke schizofrenii. Jde o duševní poruchu spojenou se sníženou schopností vnímat emoce a reagovat na ně. Nejběžnější projevy jsou sluchové halucinace, bludy, zmatená řeč i myšlení.

 

Korály recyklují a přežívají

8.11.2019
Zdroj:
Cui G, Liew YJ, Li Y, Kharbatia N, Zahran NI, Emwas A-H, et al. (2019) Host-dependent nitrogen recycling as a mechanism of symbiont control in Aiptasia. PLoS Genet 15(6): e1008189. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008189 - D.K.Kersting et al., Living evidence of a fossil survival strategy raises hope for warming-affected corals, Science Advances 09 Oct 2019: Vol. 5, no. 10, eaax2950, DOI: 10.1126/sciadv.aax2950 - T.Oehler et al., Nutrient dynamics in submarine groundwater discharge through a coral reef (western Lombok, Indonesia), Limnology and Oceanography, 2019, doi: 10.1002/lno.11240
Zdroj
Jednotlivé korály rodu Aiptasia. Normálně žijí ve schránkách ve velkých koloniích, foto KAUST.

Mořské korály žijí ve velkých koloniích v symbióze s jednobuněčnými řasami. Poodhalit přesný mechanismus vzájemné spolupráce se podařilo teprve nyní. Odpadní produkt metabolismu korálů je jedovatý amoniak jako u všech vodních tvorů. Recyklují ho s pomocí glukózy, kterou produkují fotosyntetické symbiotické řasy. Vytváří z něj organické sloučeniny dusíku, prekurzory nezbytných aminokyselin a bílkovin. Experimenty proběhly s korály rodu Aiptasia a řasami čeledi Symbiodiniaceae. Jako korály označujeme některé mořské žahavce z třídy korálnatců (Anthozoa). „Naše výsledky ukazují, že soutěž o dusík je klíčový proces symbiózy korálů a řas. Vhled do něj nám pomůže porozumět vznikajícím problémům, pokud je tento vztah vystaven stresu,“ říká první autor publikace Guoxin Cui z Red Sea Research Center.

Korály jsou zřejmě mnohem životaschopnější organismy, než jsme předpokládali:

akademon.cz 31.8.2019: Korály přežívají

akademon.cz 19.8.2018: Korály se přizpůsobují

Znovuoživování korálových útesů druhem Cladocora caespitosa. Bílá úsečka je 0,5 cm dlouhá, foto D. K. Kersting, Freie Universität Berlin).Šestnáct let pozorování druhu turbinatka protáhlá (Cladocora caespitosa) na nečetných těžce poškozených středomořských korálových útesech ukazuje, že úspěšně regenerují. Z dříve zcela zničených ploch zatím korály znovu obsadily 13%. Nic moc, ale lepší než nic. „Naše výsledky poprvé ukázaly, že větevníci mají účinné strategie přežití, které jim pomáhají vzpamatovat se ze změn prostředí,“ uvádějí autoři výzkumu Diego K. Kersting (Freie Universität Berlin) a Cristina Linares z Universitat de Barcelona. Korály větevnící (řád Scleractinia, angl. cushion coral, něm. Steinkorallen) mají vždy počet ramen dělitelný šesti.

Sladká znečištění voda z podmořského prameny je zřetelně viditelná, foto Imke Podbielski, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung.Vyhráno ale není. Korály pořád ohrožují nejrůznější nebezpečí. Terénní výzkum na západním pobřeží indonéského ostrova Lombok odhalil, že na hynutí tamních korálů má značný vliv sladká voda vyvěrající z pramenů nehluboko pod hladinou moře. „Tato voda je obvykle silně znečištěná a velmi bohatá na živiny, jako jsou dusičnany nebo fosforečnany, protože nese hnojiva a odpadní vody z průmyslu, zemědělství a sídel. Lombok a mnoho dalších ostrovů v regionu nemají prakticky žádné čistírny odpadních vod,“ vysvětluje první autor publikace Till Oehler z Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung v Bremen.

 

Dolů řekou

7.11.2019
Zdroj:
S.-A. Chen et al., Aridity is expressed in river topography globally, Nature, volume 573, pages 573–577(2019), doi:10.1038/s41586-019-1558-8 - J.S.Scheingross et al., Self-formed bedrock waterfalls, Nature 567, 229–233 (2019) doi:10.1038/s41586-019-0991-z
Zdroj
Podélný profil řeky ve vlhkém a suchém podnebí.

Tvar podélného profilu řeky od pramene k ústí závisí na množství a pravidelnosti protékající vody. Řeky ve vlhkých oblastech mají podélný profil (angl. long profile) silně konkávně prohnutý. Jak vidíme na obrázku, na horním toku klesá prudce. Klesáni je stále menší a menší až k ústí. Takovou řekou protéká voda pravidelně a unáší sedimenty, které vyhloubí koryto do konkávního tvaru. U řek v suchých lokalitách je průtok malý a nepravidelný, takže vznikající podélný profil je lineární s pravidelným poklesem. Podélný profil získáme, když ke kilometráži přiřadíme odpovídající nadmořskou výšku. Studie vznikla na základě vyhodnocení údajů z 333.502 řek.

První autor publikace Shiuan-An Chen z University of Bristol komentuje: „Podélný profil vzniká postupně desítky tisíc až miliony let, takže vypráví dlouhý příběh o vývoji klimatu v regionu. Očekávali bychom, že klima ovlivní podélný profil řeky, protože určuje, kolik vody v ní proudí i odpovídají energii vody pohybující sedimenty korytem řeky.

Vodopády na vodních tocích mohou překvapivě vznikat v rovinném homogenním podloží bez přítomnosti nějaké vnější poruchy. Nestability v proudění protékající vody, transportu sedimentů a erozi zvlněného dna mohou způsobit vznik vodopádů na nečekaném místě. Ukazují to experimenty na modelu říčního toku o délce 7,3 m, šířce 30,5 cm a spádu 19,5% zhotoveného z polyuretanové pěny.

 

Nosorožec přišel z Asie

6.11.2019
Zdroj:
J.Eberle et al., he first Tertiary fossils of mammals, turtles, and fish from Canada's Yukon, American Museum novitates, no. 3943
Zdroj
Takto vypadal pravěku nosorožec vykračující si podél miocénního Yukonu pozorován želvami, obr. Juliues Csotonyi.

V roce 1973 vedla začínající učitelka Joan Hodgins skupinu mladistvých delikventů na geologicko-paleontologickou vycházku do vytěženého měděného dolu poblíž Whitehorse, hlavního města kanadského spolkového teritoria Yukon. Nalezli několik úlomků kostí a zubů v tak špatném stavu, že se o ně tehdy žádný vědec nezajímal. Časy se mění. Nahromadění poznatků o struktuře fosilií a zlepšení mikroskopů umožnilo nyní určit podle typické stavby skloviny, že zlomky zubů patří pravěkému nosorožci (čeled nosorožcovití, Rhinocerotidae). Na umělecké rekonstrukci Juliuesa Csotonyiho vidíme, jak vypadal. Do Ameriky nosorožci pronikli z Asie přes Beringii, pás pevniny, který tehdy překlenoval dnešní Beringovu úžinu a dnes tvoří mořské dno.

„Na Yukonu máme vagony zkamenělin savců z doby ledové, jako srstnatý mamut, prakůň nebo lev. Ale toto je poprvé, kdy jsme získali důkaz o savcích jako nosorožec z období před dobou ledovou,“ objasňuje význam nálezů spoluautor publikace Grant Zazula z Yukon Paleontology Program. Kromě nosorožce vidíme ve spodní části obrázku ještě želvy rodu Chrysemys a vyhynulého Hesperotestudo, jak obrovského tvora pozorují. Fragmenty krunýřů rovněž patří k nálezům skupiny Joan Hodginsové.

 

Ropucha napodobuje hada

5.11.2019
Zdroj:
E.R.Vaughan, A remarkable example of suspected Batesian mimicry of Gaboon Vipers (Reptilia: Viperidae: Bitis gabonica) by Congolese Giant Toads (Amphibia: Bufonidae: Sclerophrys channingi), Journal of Natural History, Volume 53, 2019 - Issue 29-30, doi: 10.1080/00222933.2019.1669730
Zdroj
Vlevo ropucha Sclerophrys channingi, vpravo hlava zmije gabunské ve vodě, foto Colin Tilbury.

Africká ropucha Sclerophrys channingi (angl.Congolese Giant Toad) se chrání napodobováním hlavy jedovaté zmije gabunské (Bitis gabonica, angl. Gaboon Viper). Při pohybu ve vodě nevypadá jen jako hadí hlava (viz obr.), ale napodobuje i typický kývavý pohyb hlavy plaza během plavání. Oba druhy se několik posledních milionů let vyvíjely paralelně. „Nalezení nového příkladu Batesovských mimikry nás velmi překvapilo,“ komentuje šéf výzkumného týmu Eli Greenbaum z Universtiy of Texas at El Paso. Jako Batesovské mimikry označujeme situaci, kdy neškodný organismus přejímá vzhled nebezpečného druhu.

 

Inspirující pavouk

31.10.2019
Zdroj:
Q.Guo et al., Compact single-shot metalens depth sensors inspired by eyes of jumping spiders, PNAS, 2019, doi: 10.1073/pnas.1912154116
Zdroj
Hlava samečka skákavky srdnaté (Phidippus audax, rod Phidippus - skákavka), foto Opoterser [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)].

Oči pavouků skákavek (čeleď Salticidae, angl. jumping spider) inspirovaly nový jednoduchý dálkoměr vhodný např. pro určení správného zaostření fotoaparátů mobilů. Přesné určení vzdálenosti je velmi důležité pro skákavky, které svou kořist loví skokem. Využívají k tomu několika sítnic v oku za sebou. Světlo procházející skrz čočku vytváří na sítnicích odlišně zaostřená či rozostřená zobrazení téhož předmětu. Nepočetné nervové buňky pavouků k určení vzdálenosti z těchto podkladů postačují. Algoritmus určení vzdálenosti, jaký užíváme my, je výpočetně mnohem náročnější. Musíme tudíž nasadit nesrovnatelně více neuronů. Mozek určuje vzdálenost vyhodnocováním vzájemné polohy objektů v prostorovém zobrazení, které na základě signálů z očí vytváří.

Nahoře fungování oka skákavky, dole dálkoměr s metačočkou, upraveno podle Q.Guo et al., PNAS, 2019„Namísto vrstvené sítnice jako u skákavek ... rozdělí metačočka světlo a vytvoří dva různě rozostřené obrázky vedle sebe na fotodetektoru,“ vysvětluje skákavkami inspirovaný přístup k měření vzdálenosti spoluautor Zhujun Shi z Harvard University. Z různě ostrých zobrazení jednoho předmětu vytvořených jedinou metačočkou jednoduchý algoritmus určí vzdálenost. Na rozdíl od klasických skleněných čoček je metačočka rovinná a k lomu světla dochází díky fotonickým nanostrukturám na povrchu. Pokud zkombinujeme dva typy nanostruktur, získáme metačočku, která se chová jako dvě standardní čočky zároveň. Vytváří dva obrazy jednoho předmětu. Fungování oka skákavky vidíme na obrázku nahoře, schéma dálkoměru dole.

 

Nejdelší blesk

30.10.2019
Zdroj:
Lyons, W.A. et al., Megaflashes: Just How Long Can a Lightning Discharge Get? Bull. Amer. Meteor. Soc., 2019, DOI: 10.1175/BAMS-D-19-0033.1
Zdroj
Elektrický výboj trvající 7,18 sekundy táhnoucí se ze severního Texasu až do jihovýchodního Kansasu dosáhl délky přes 500 km.

Nejdelší bleskový výboj přesahující 500 km zaznamenala družice GOES-16/17 pomocí speciálního přístroje pro sledování blesků Geostationary Lightning Mapper. Dne 22.října 2017 dosáhl ze severního Texasu přes Oklahomu až do jihovýchodního Kansasu a osvítil plochu 67.845 km2. Druhý nejdelší známý blesk dosáhl délky 321 km rovněž nad Oklahomou roku 2007. Délka bleskového výboje přes 100 km není až taková výjimka. Pro tak dlouhé elektrické výboje se v anglické literatuře používá výraz megaflash.

 

Průduch zavřeme po libosti

29.10.2019
Zdroj:
A.S.Vaidya et al., Dynamic control of plant water use using designed ABA receptor agonists, Science 25 Oct 2019: Vol. 366, Issue 6464, eaaw8848, DOI: 10.1126/science.aaw8848
Zdroj
Nahoře chemická struktura kyseliny abscisové, dole opabactinu.

Rostliny ztrácí nejvíce vody otevřenými průduchy na listech. Zavírání průduchu spouští kromě jiného rostlinný hormon kyselina abscisová. Obecně patří k tzv. inhibičním hormonům. Rovněž zpomaluje růst rostlin a připravuje je na období vegetačního klidu. Chemickou strukturu vidíme na obrázku nahoře. Teoreticky bychom mohli ztráty vody v období sucha snížit postřikem rostlinných kultur přímo kyselinou abscisovou. Bohužel nejde o dostatečně stabilní molekulu, takže účinnost takového postřiku je velmi malá. Nově připravená sloučenina opabactin funguje jako kyselina abscisová a je mnohem stabilnější. Postřikem opabactinem můžeme průduchy rostlin zavírat po libosti. Chemickou strukturu najdeme na obrázku dole.

Vlevo pšenice za sucha bez postřiku opabactinem a vpravo při použití opabactinového postřiku, foto A.S.Vaidya et al., Science  25 Oct 2019: Vol. 366, Issue 6464, eaaw8848.„Zemědělství zanechává velkou environmentální stopu a nové technologie, jako jsou agrochemikálie, které zemědělcům umožní lépe využívat dostupné zdroje, pomohou tuto stopu snížit a produktivitu zvýšit. Sloučeniny jako opabactin umožňují v reálném čase reagovat na měnící se podmínky prostředí, což není možné při zemědělství závislém na dešti, které tvoří 80% veškerého zemědělství,“ soudí šéf výzkumného týmu prof.Sean R.Cutler z University of California v Riverside.

 

GM plodiny prospívají

28.10.2019
Zdroj:
S. J. Smyth: The human health benefits from GM crops, Plant Biotechnology Journal 2019, pp 1-2, doi: 10.1111/pbi.13261
Zdroj
Vliv pěstování geneticky modifikovaného bavlníku ve státě na počet sebevražd farmářů ve středoindickém státě Madhjapradéš, M Tracy Hunter [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)].

Pěstování geneticky modifikovaných plodin přináší prospěch v nejrůznějších oblastech, zatímco pro negativní důsledky žádné důkazy nemáme. Ekonomické a environmentální přínosy převažují ve vyspělých zemích, jako Spojené státy, Kanada, Austrálie, Argentina a Brazílie. Konkrétně spotřeba chemikálií (např.pesticidů) poklesla v průměru o 37%, výnosy vzrostly o 22% a zisk farmářů narostl o 68%. Čísla se vztahují k době užívání GMO, tedy posledním 25 letům.

Trochu stranou pozornosti zůstaly přínosy pěstování GMO v méně rozvinutých zemích, kde prospívají zejména zdraví drobných farmářů. Významně poklesl počet otrav pesticidy, např. v Jižní Africe z 50 ročně na méně než 10. Postřiky provádějí drobní farmáři pomocí v ruce neseného rozprašovače z nádržky na zádech. Při tak těsné manipulaci je nebezpečí otravy vysoké. Záleží tudíž na tom, zdali ročně provádíte postřik více než 11 na geneticky nemodifikované plodiny nebo méně než 4 x u GMO. Sledování zdravotního stavu 246 čínských farmářů ukázala spojitost s četností poškození jater fungicidy nebo těžkými nervovými poruchami způsobenými insekticidy a pěstováním geneticky nemodifikovaných plodin. Zaznamenám byl rovněž pokles výskytu rakoviny v souvislosti s pěstování GM plodin.

Studie sledovala také ohrožení duševního zdraví farmářů nejistotou výnosů a dluhy, což v některých případech vede až k sebevraždám, zejména v Indii. Pěstování geneticky modifikovaného Bt bavlníku výrazně koreluje s poklesem sebevražd. Po roce 2002, kdy se začal v Indii pěstovat, došlo k zastavení každoročního nárůstu. Stále však můžeme narazit na populární mýtus šířený odpůrci GM plodin, že Bt bavlník spustil v Indii lavinu sebevražd. Vyšší výnosy snížily zadlužení farmářů, což se mohlo pozitivně odrazit i na jejich duševním zdraví.

 

Makak chrání plantáže

27.10.2019
Zdroj:
A.Holzner et al., Macaques can contribute to greener practices in oil palm plantations when used as biological pest control, Current Biology, Volume 29, ISSUE 20, PR1066-R1067, October 21, 2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.09.011
Zdroj
Dospělý samec makaka vepřího požírá ulovenou krysu na palmové plantáži, foto Anna Holzner.

Majitelé palmových plantáží pokládají makaka vepřího (Macaca nemestrina, angl. pig-tailed macaques) za škodnou, která požírá plody palem a snižuje tak výnos palmového oleje. Podrobný výzkum ukázal, že přítomnost makaků plantáže chrání. S oblibou požírají krysy (rod Rattus), které sežerou mnohem více úrody než makakové. Makakové nepříjemného hlodavce dovedně vyhledávají v dutinách v kmeni palem, kde odpočívají během dne. Tlupa makaků sežere až 3.000 krys za rok, čímž sníží jejich stavy na plantáži o 75%. Biologové doposud předpokládali, že převážnou část potravy makaků tvoří ovoce s občasným přilepšením ptáčkem nebo ještěrkou. Pojídání krys v takovém rozsahu nikdo nečekal.

Vlevo dospělý samec a vpravo dospělá samice makaka vepřího na lovu krys v dutinách palmových stromů, foto Anna Holzner. Zřetelně viditelný krátký stočený ocásek ukazuje na původ pojmenování makaka vepřího.Dlouhodobé pozorování v Malajsii ukázalo, že makakové pozřou 0,56% plodů palmy olejné. Zároveň sníží ztráty způsobené krysami z 10% na 3%. Kde žijí makakové vepří, netřeba užívat rodenticidů. Šéfka výzkumu Anja Widdig z Universität Leipzig uvádí o dalších možnostech: „Očekáváme, že naše výsledky povzbudí jak soukromé, tak veřejné majitele plantáži, aby zvážili ochranu těchto primátů a jejich přirozeného prostředí v okolí stávajících a nově zřizovaných palmových plantáží. Ve spolupráci s místními pěstiteli palmy olejné a nevládními organizacemi připravíme návrh plantáží, které udrží životaschopnou populaci makaků a vyšší biodiverzitu pomocí koridorů pro divokou zvěř. Zároveň zvýšíme produktivitu a udržitelnost plantáží účinnou a ekologickou ochranou proti škůdcům.“

 

Virion narůstá

26.10.2019
Zdroj:
R.F.Garmann et al., Measurements of the self-assembly kinetics of individual viral capsids around their RNA genome, PNAS, 2019, vol. 116 no. 43, https://doi.org/10.1073/pnas.1909223116
Zdroj
Snímek téměř kompletních virionů pořízený interferometrickou rozptylovou mikroskopií. Šířka obrázku je 9,8 mikrometru. obr.R.F.Garmann et al., PNAS, 2019, vol. 116 no. 43.

Na videu pozorujeme rychlý nárůst jednotlivých virových částic, virionů (video R.F.Garmann et al., PNAS, 2019, vol. 116 no. 43). Vznikají spojováním molekul bílkovin kolem jádra z ribonukleové kyseliny. Narůstající nejtmavší skvrny představují jednotlivé viriony. Šířka obrázku je 9,8 mikrometru a video je 33 krát zrychlené. Jde o bakteriofág o průměru 30 nm napadající běžnou střevní bakterii Escherichia coli. Jeho obal (kapsidu) tvoří 180 shodných molekul bílkoviny. Pozorování tak malých objektů umožňuje metoda zvaná interferometrická rozptylová mikroskopie (interferometric scattering microscopy). Rozptyl světla pozorovanými částicemi zvýrazní interference s nerozptýleným referenčním paprskem.

Pozorování popisuje šéf projektu prof.Vinothan N. Manoharan z Harvard University: „Jedna věc, kterou jsme si okamžitě všimli, je, že odlišení bylo zpočátku nízké a poté doslova vystřelilo k hodnotám odpovídajícím celému viru. K nárůstu došlo v různých časech. Některé kapsidy vznikly za minutu, jiné za dvě nebo tři a dalším to trvalo více než pět. Ale jakmile začaly vznikat, nezastavily se. Rostly a rostly dokud nebyly kompletní.“

 

Plazmová vlna urychlí

25.10.2019
Zdroj:
A.J.Gonsalves et al., Petawatt Laser Guiding and Electron Beam Acceleration to 8 GeV in a Laser-Heated Capillary Discharge Waveguide, Phys. Rev. Lett. 122, 084801, 2019, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.084801
Zdroj
Schematické znázornění urychlení plazmatickou vlnou. Safírová komůrka je světle šedomodrá, modrá znázorňuje profil elektronové hustoty v plazmatu, rozvlněná plazma je žluto-oranžovo-čevená, obr.Gennadiy Bagdasarov/Keldysh Institute of Applied Mathematics; Anthony Gonsalves and Jean-Luc Vay/Berkeley Lab.

Plasmová vlna urychlí na dráze 20 cm elektrony na energii 7,8 GeV, k čemuž klasický urychlovač potřebuje přes 90 m. Stávající urychlovače zvyšují rychlost a tím i energii elementárních částic pomocí elektrického pole. Pro získání velmi rychlých částic, z jejichž srážek můžeme vyčíst fundamentální informace o stavbě hmoty, potřebujeme urychlovat po příliš dlouhých, a tudíž nákladných drahách. Největší současný urychlovač, Large Hadron Collider poblíž Ženevy, potřebuje kruhovou dráhu o obvodu 27 km k urychlení částic na energii 6,5 TeV. Urychlovač pracující s plasmovou vlnou, bude-li sestrojen, by to mohl zvládnout na stovkách metrů. Otevřel by tím cestu ještě k výrazně vyšším energiím.

Elektrický výboj nejprve vytvoří v safírové komůrce z plynu plazma. Poté zahřívací laserový puls o délce 8 nanosekund ohřeje a sníží hustotu vnitřku oblaku plazmy, takže vznikne cosi jako speciální plazmový vlnovod. Další extrémně krátký laserový puls o trvání 4 x 10-14 s oblast nízké hustoty rozvlní, čímž vznikne extrémně silné elektrické pole. Urychlování může začít. První autor publikace Dr. Anthony Gonsalves z Lawrence Berkeley National Laboratory o budoucím směru výzkumu říká: „Další experimenty zaměříme na zpřesnění vstřikování elektronů do plazmatické vlny kvůli dosažení vysoké kvality paprsku a na spojení několika stupňů dohromady, abychom dosáhli ještě vyšších energii.“

Elektronvolt (eV) je jednotka energie mimo soustavu SI běžně užívaná v částicové fyzice, protože při vyjádření v joulech jde o velmi malá čísla. eV odpovídá kinetické energii, kterou získá elektron při urychlení ve vakuu napětím 1 V. Číselně 1 eV = 1,602176634 × 10-19 J.

Tomáš Vodička 29.10.2019: Zajímalo by mě, jestli by to šlo využít ke konstrukci iontového motoru. Pokud to dobře chápu, dalo by se dosáhnout vysokého Isp při malých rozměrech, nebo ne?

 

Převratný vynález? Spíš ne.

24.10.2019
Zdroj:
https://www.dailymail.co.uk/news/article-7592485/Father-eight-invents-electric-car-battery-drivers-1-500-miles-without-charging-it.html
Zdroj
Schéma článku hliník - vzduch.

Medii proběhla zprávu o údajně převratném vynálezu bývalého námořního důstojníka Trevora Jacksona, který vynalezl nový, zatím tajný elektrolyt pro článek hliník - vzduch. Nová baterie má umožnit elektromobilu dojezd 2.400 km. Podívejme se na převratný vynález z hlediska fundamentálních přírodních zákonů. Množství hliníku potřebné pro dodání energie na tak dlouho cestu je 336 kg. Jakkoli dobrý elektrolyt na tom nic nezmění. Pochybuji, že tento vynález změní svět.

Pro zvídavé čtenáře uvádím výpočet potřebného množství hliníku podrobněji. Hmotnost látky vyloučené nebo rozpuštěné na elektrodě je dána Faradayovým zákonem:

m = ItM/zF (rovn.1), kde t značí čas, M molární hmotnost, z počet elektronů vyměněných při elektrodovém ději, F je Faradayova konstanta, která číselně odpovídá náboji molu elektronů. Další důležitou rovnicí je vztah pro elektrický výkon P

P = UI (rovn.2), kde U značí napětí a I elektrický proud. Dosazením z rovnice (2) do (1) získáme vztah

m = PtM/UzF

Dosazením příslušných veličin přímo určíme množství hliníku potřebného k ujetí 2.400 km. Pro P jako výkon automobilového motoru dosadíme 50 kW, což je spíše výkon menšího, tedy úspornějšího automobilu. Čas t při předpokládané rychlosti 100 km/hod je 24 hodin, tedy 86.400 sekund. Napětí článku hliník vzduch je 1,2 V, M značí molární hmotnost materiálu použité elektrody, tedy hliníku. Číselně je molární hmotnost hliníku Al 0,027 kg/mol, z = 3, při reakci Al se vyměňují 3 elektrony, F = 96.485 C/mol. Po dosazení získáme, že hmotnost potřebného hliníku m pro dojetí 2.400 km činí 336 kg.

Obdobný článek dokonce jako akumulátor ohlásila již roku 2013 jako zásadní průlom elektromobility izraelská společnost Phinergy. A na konceptu fyzické výměny vybitých článků elektromobilů za nabité zkrachovala kalifornská společnost Better Place podnikající rovněž v Izraeli.

Stanislav Brabec 24.10.2019: Tak auto může mít hliníkovou karoserii, která by byla zároveň baterií. Pravda, přineslo by to jisté problémy.

Robert Suchý 27.10.2019: Uvedený výkon motoru 50kW je snad přeci jen špičkový? Průměrný je přece mnohem nižší. U běžného osobního auta se uvádí že pro rovnoměrný pohyb rychlostí 100km/h je potřeba trvalého výkonu 15kW. Potom by už ta baterie nevážila 336kg, ale jen 100kg, což už začíná být velice zajímavé pro dojezd 2400km.

Tomáš Vodička 28.10.2019: Při vší úctě, uvedená úvaha je podle mě chybná. Automobil rozhodně nepotřebuje k jízdě trvalý příkon 50 kW. Elektromobily mají v běžném provozu spotřebu kolem 20 kWh/100 km, což by při průměrné rychlosti 100 km/h znamenalo příkon 20 kW. Kdyby se jelo plynule konstantní rychlostí 100 km/h, bude to ještě méně, u menšího elektromobilu kolem 10 kW. Takže se dostáváme na hmotnost potřebného hliníku mezi 70 a 140 Kg. Popravdě, ke zmiňované zprávě jsem také skeptický, jen myslím, že tenhle výpočet jako argument zkrátka nestačí.

30.10.2019: Máte pravdu, 50 kW je maximální výkon motoru, 20 kW je jako odhad skutečně potřebného výkonu realitě blíže. Nicméně způsob výpočtu je správný a ani potřebný nižší výkon neposouvá automobil poháněný elektrochemickým článkem hliník - vzduch mezi převratné vynálezy. Při elektrickém výkonu 20 kW spotřebujeme na cestu dlouhou 2.400 km 134 kg Al, zatímco benzinu při spotřebě 7 l na 100 km 126 kg. Kilogram surové ropy stojí asi 11 Kč , cena surového hliníku je zhruba 40 Kč/kg, takže pořád žádný zázrak.

 

Poznání proudí ze stok

23.10.2019
Zdroj:
P.M.Choi et al., Social, demographic, and economic correlates of food and chemical consumption measured by wastewater-based epidemiology, PNAS October 22, 2019 116 (43) 21864-21873;https://doi.org/10.1073/pnas.1910242116
Zdroj
Grafické znázornění výsledků studie. Korelace sledovaných biomarkerů s věkem a sociekonomickým indexem IRSAD, obr.PNAS, CC BY-NC-ND 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.

Rozdíl v socioekonomickém postavení obyvatel různých částí města lze odhalit na základě analýzy splaškových vod. Množství kofeinu, alkoholu a markerů vitaminu B jednoznačně rostlo s rostoucím blahobytem uživatelů záchodů. Ve stokách chudších čtvrtí najdeme markery antidresiv, opioidů, léků proti vysokému tlaku (atenolol), bolesti (tramadol) a přípravek proti křečímantikonvulziv? (pregabalin). Spotřeba citrusů a konzumace vlákniny pozitivně korelovala s rostoucím vzděláním a postavením. Socioekonomický status nemá vliv na užívání umělých sladidel, antibiotik ani na kouření. Rozdíly v užívání ilegálních drog jako metamfetamin (v Česku zvaný pervitin) jsou nevýznamné.

Chemická struktura enterodiolu. Z vlákniny ho vytvářejí střevní bakterie.Výzkum proběhl během sedmi následujících dní roku 2016 v různých městech všech šesti australských států. V odebraných vzorcích splaškových vod sledovali analytici 42 různých biomarkerů. Jejich hodnoty porovnali s údaji o věku, indexem IRSAD (index of relative socioeconomic advantage and disadvantage) a 40 dalšími socioekonomickými statistickými ukazateli. Biomarkerem v tomto případě rozumíme sloučeninu, která je typická pro požívání nějaké potraviny nebo přípravku. Buď jde o sloučeninu, která se v nich přímo vyskytuje jako kofein v kávě, nebo o typický metabolický nebo degradační produkt, např. enterodiol vznikající činností střevních bakterií z vlákniny.

První autor publikace Phil M.Choi z The University of Queensland ve Woolloongabba hodnotí výzkum: „Tradiční dotazníkové metody průzkumu by vyžadovaly, aby miliony lidí objektivně a důsledně zaznamenávali stravovací a sociodemografické informace. Analýza odpadních vod poskytuje další datový soubor, který může být průběžně doplňován v téměř reálném čase. ... Údaje by mohly zlepšit cílení a účinnost zdravotních zásahů. Např. bychom je mohly použít k identifikaci oblastí, kde by bylo možné zlepšit stravu, a následně sledovat účinnost cílených programů.“ Bez významu není ani naprostá anonymita získávaných údajů, které se vždy vztahují k populaci jako celku. Navíc mohou být spolehlivější, protože do dotazníků lidé zpravidla uvádějí o něco lepší údaje. Např. množství pivních plechovek v odpadu amerických měst výrazně převyšuje dotazníky získané údaje o spotřebě piva.

 

Izomer bouchne

22.10.2019
Zdroj:
L.M.Barton et al., Impact of Stereo- and Regiochemistry on Energetic Materials, J. Am. Chem. Soc.20191413212531-12535, DOI: 10.1021/jacs.9b06961
Zdroj
Chemická struktura různých izomerů tetrakis-(nitroxymethyl)cyklobutanu.

Doposud jsme se domnívali, že při hoření nebo přímo explozi sloučenin je důležité složení, nikoliv prostorové uspořádání téže molekuly. Energii uvolňuje vznik nových chemických vazeb při reakci s kyslíkem,na což rozdíly ve struktuře téže molekuly ovlivňují minimálně. Kromě sloučeniny tetrakis-(nitroxymethyl)cyklobutanu. Nahoře na obrázku vidíme na izomery téže sloučeniny, které se výrazně liší výbušnou silou. Explozivnější z nich při výbuchu vytvoří o 25% vyšší tlak než trinitrotoluen (TNT), k němuž se vztahuje síla výbuchu trhavin i jaderných reakcí.

Ve středu a dole na obrázku vidíme prostorové izomery podobné sloučeniny 1,2,3,4-tetrakis-(nitroxymethyl)cyklobutan o stejném elementárním složení jak v předchozím odstavci zmíněná trhavina. Rozdíly mezi nimi jsou překvapivé. Body tání se pohybují v neobyčejně velkém rozmezí - 40 až 146,9 oC. Izomer s nejnižší teplotou tání je jediná kapalina mezi nimi a hodí se jako palivo raketových motorů. „Očekával jsem drobné rozdíly ve vlastnostech, ne však tak dramatické, jaké byly pozorovány. Podle mě je nejdůležitější, že nic z toho se nepodařilo předpovědět teoreticky, ani za použití nejmodernějších přístupů, které využívá pro odhad energetického chování materiálů,“ posuzuje výsledky nezávislý expert Adam Matzger z University of Michigan.

 

Dávná řež

21.10.2019
Zdroj:
T.Uhlig et al., Lost in combat? A scrap metal find from the Bronze Age battlefield site at Tollense, Antiquity, Volume 93, Issue 371 October 2019, pp. 1211-1230, doi: 10.15184/aqy.2019.137
Zdroj
Smrtelné zranění způsobené šípem v bitvě na řece Tollense. Do lebky zaseknutý bronzový hrot přetrval až do současnosti, foto Volker Minkus.

Bitva na řece Tollense v německých Předních Pomořanech je největším známým ozbrojeným střetnutím evropského pravěku. Nevíme a sotva se dozvíme, kdo, s kým a proč bojoval. Nicméně délka bojiště táhnoucího se 2,5 km podél břehu řeky a odhadovaná účast 4.000 mužů dokládá, že rozhodně nešlo o střetnutí místního významu. Svědčí o tom i nyní doložená účast bojovníků ze vzdálenosti stovek kilometrů. Bitka proběhla před 3.300 lety a v rámci průzkumu bojiště, který probíhá systematicky od roku 2007, archeologové nalezli na 12 tisíc kosterních úlomků. Zatím se podařilo rozpoznat 140 padlých. Šlo pouze o mladé muže v dobré fyzické kondici se stopami různých zranění a leckdy pevně zaseknutými bronzovými hroty šípů. Četné stopy starších zhojených ran nasvědčují, že mohlo jít o profesionální válečníky.

Zřejmě osobní majetek padlého válečníka. Mezi nástroje rozeznáme nůž i dlátko, foto Volker Minkus.31 nedávno nalezených pěkně srovnaných bronzových předmětů vzhledem připomíná nálezy z mnohem jižnějších lokalit. Zřejmě šlo o majetek padlého bojovníka, pečlivě srovnaný v nedochovaném pouzdře. Radiokarbonové datování doložilo, že pochází ze stejné doby jako ostatní pozůstatky po bitvě. Nález komentuje šéf vykopávek prof. Thomas Terberger z Georg-August-Universität Göttingen: „První objev osobních věcí na bojišti poskytuje vhled do výstroje válečníka. Úlomky bronzu pravděpodobně sloužily jako forma rané měny. Objev nové sady předmětů nám také poskytuje vodítko k původu mužů, kteří v této bitvě bojovali. Existuje stále více důkazů, že alespoň někteří z bojovníků pocházejí z jižní části střední Evropy.“

Bitva ne řece Tollense proběhla přibližně ve stejné době, jako střetnutí Egyptské Nové a Chetitské říše u Kadeše v dnešní Sýrii, ve kterém bojovaly desítky tisíc vojáků vyzbrojených kromě jiného tisící vozů.

 

Bublinový lov

20.10.2019
Zdroj:
https://www.hawaii.edu/news/2019/10/13/whale-bubble-net-feeding-video/
Zdroj
Keporkak, foto U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration, public domain.

Výzkumné drony natočily keporkaky (Megaptera novaeangliae, angl.humback whale) při lovu pomocí bublinkové sítě (angl. bubble net). Jak vidíme na videu, velryby vytvoří ve vodě oblast oddělenou od okolí vrstvou bublinek, které pomalu vydechují během kroužení a vynořování. Nevelké ryby uvnitř pěnící voda natolik zmate, že nemohou uniknout a stanou se snadnou kořistí keporkaků. Video vzniklo v Tichém oceánu jihovýchodně od Aljašky a natočil ho oceánologický tým University of Hawai‘i at Manoa.

„Sledujeme, jak tato zvířata manipulují svou kořist a chystají lov. Umožňuje nám to získat nové poznatky, čehož jsme dříve neuměli,“ komentuje Lars Bejder, ředitel UH Manoa Marine Mammal Research Program. Zajímavé je, že lov pomocí bublinkové sítě je naučené a nikoliv vrozené chování. Někteří keporkakové ho znají a jiní ne.

 

Trilobiti jdou

19.10.2019
Zdroj:
J.Vannier et al., Collective behaviour in 480-million-year-old trilobite arthropods from Morocco, Scientific Reports, volume 9, Article number: 14941 (2019) doi: 10.1038/s41598-019-51012-3
Zdroj
Fosilie zástupu trilobitů Ampyx priscus z marocké břidlicové formace Fezouata, foto Jean Vannier, Laboratoire de Geologie de Lyon: Terre, Planetes, Environnement (CNRS / ENS de Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1).

Trilobiti jdou pěkně v řadě za sebou. Zkameněliny trilobitů Ampyx priscus z marocké břidlicové formace Fezouata nacházíme srovnané v zástupech za sebou, v počtech od tří do 22 jedinců. Důkladné studium lokality prokázalo, že ke srovnání trilobitů nedošlo až po jejich smrti. Kolektivní chování členovců má zjevně velmi dávný původ. Nalezení trilobiti Ampyx priscus mají tělíčka dlouhá od 16 do 22 mm. Protože byli slepí, kontakt udržovali pomocí dvou dlouhých ostnů nebo chemicky.

Krátký tříčlenný zástup trilobitů  Ampyx priscus z marocké břidlicové formace Fezouata. Černá úsečka dole je 1 cm dlouhá. Foto J.Vannier et al., Scientific Reports, volume 9, Article number: 14941 (2019), CC BY 4.0, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. O příčinách kolektivního chování trilobitů spekuluje první autor publikace Jean Vannier z Université de Lyon: „Vzdálenosti mezi jedinci jsou relativně krátké a zřídka přesahují dvojnásobek délky těla. Často jsou v přímém kontaktu prostřednictvím svých dlouhých ostnů. Pohyb v řadě snižuje hydrodynamický odpor a šetří tak energii. Navíc řada mohla mást predátory a snížit riziko útoků. Nález ukazuje, jak 480 miliónů let staří členovci použili svou neuronální komplexitu k dočasnému kolektivnímu chování, možná kvůli reprodukci nebo podnětům z okolního prostředí.“

 

3D tisk nestagnuje

18.10.2019
Zdroj:
G.Loke et al., Structured multimaterial filaments for 3D printing of optoelectronics, Nature Communications, volume 10, Article number: 4010 (2019) DOI: 10.1038/s41467-019-11986-0 - Chao Yuan et al., ltrafast Three-Dimensional Printing of Optically Smooth Microlens Arrays by Oscillation-Assisted Digital Light Processing, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, https://doi.org/10.1021/acsami.9b14692
Zdroj
Schematické znázornění průřezu obou typů nových tiskových vláken, vlevo svítící, vpravo fotodetekční.

3D tisk složitých nehomogenních funkčních zařízení umožňuje nové strukturované tiskové vlákno. V tiskové hlavě se neroztaví celé, ale jen povrch, který spojí vnitřní části. Standardní 3D tiskárna pracující s termoplastickým vláknem vytváří produkt po vrstvách ukládáním roztaveného polymeru. Nový model slepuje neroztavené jádro vlákna pomocí nataveného polykarbonátového povrchu. Uvnitř vlákna může být leccos, např. aktivní elektronické prvky tvořené kovovými vodiči, polovodiči a izolací. Konkrétně testy proběhly s vláknem svítícím nebo fotocitlivým.

Chemická struktura polymerního polykarbonátu na bázi bisfenolu A. Vnitřek svítícího vlákna tvoří složitá struktura z rovnoběžného wolframového drátku (elektrody) o průměru 50 mikrometrů a měděné elektrody o průměru 0,2 mm pokryté dielektrikem o tloušťce 18 mikrometrů a stejně tlustou luminiscenční vrstvou sulfidu zinečnatého ZnS. V mezeře mezi elektrodami široké 0,05 až 0,1 mm najdeme izolovaná vodivá zrníčka z bismutu a cínu BiSn o průměru 40 mikrometrů. Při vložení napětí přivádí energii na sulfid zinečnatý a vyvolají luminiscenci, takže se vlákno rozsvítí. Struktura fotocitlivého vlákna je mnohem jednodušší. Uvnitř najdeme mezi dvěma proužky vodivého polymeru selenid arseničný As2Se5, který funguje jako fotodektor. Dopad světla vyvolá průtok proudu.

Chemická struktura selenidu arseničného.První autor publikace Gabriel Loke z MIT uvádí: „Doposud neexistovala tiskárna, která by pracovala najednou s kovy, polovodiči i polymery, protože každý z těchto materiálů vyžaduje jiné zařízení a metody. Ve 3D tisku jedinečný přístup umožňuje vytvářet zařízení libovolného tvaru jinými metodami doposud nedosažitelné.“

Schematické porovnání 3D tisku bez oscilací vlevo a s kmitáním vpravo.Důležitý přínos může představovat i mnohem jednodušší metoda. Při tištění předmětů, u kterých velmi záleží na hladkosti povrchu, může postupné přikládání vrstev při jakékoli metodě 3D tisku představovat problém. Na povrchu vzniká schodová struktura, která může u optických prvků jako např. čoček, představovat zásadní překážku správného fungování. Tiskneme-li pomocí laserového paprsku z monomeru polymerní produkt, dosáhneme opticky dokonalého povrchu pomocí vibrací. Chvění vyhladí schodovitý tvar.

 

Sádrovec vyrostl

17.10.2019
Zdroj:
A.Canals et al., The origin of large gypsum crystals in the Geode of Pulpí (Almería, Spain), Geology, 2019, doi: https://doi.org/10.1130/G46734.1
Zdroj
Krystaly sádrovce v pulpíjské geodě. Jako měřítko poslouží postava geologa v pozadí, obr.A.Canals et al., Geology, 2019, doi: https://doi.org/10.1130/G46734.1.

Dutinu ve vápencích o objemu kolem 11 metrů krychlových částečně vyplněnou metrovými krystaly sádrovce CaSO4.2H2O najdeme poblíž jihošpanělského městečka Pulpí. Podle něj nese pojmenování Geoda de Pulpí (Pulpi geode). Geodou nazýváme každou dutinu v horninách pokrytou na vnitřním povrchu krystaly směřujícími dovnitř. Pulpíjská geoda není tak velká jak v mexické Naice, ale i tak jsou její rozměry úctyhodné. Určit stáří zajímavého geologické útvaru není úplně snadné. Jak uvádí šéf výzkumného týmu J.M.García-Ruiz z Universidad de Granada, (krystaly) „jistě vyrostly po vyschnutí Středozemního moře, ke kterému došlo před 5,6 miliony let. Velmi pravděpodobně jsou mladší než dva miliony let, ale starší než 60 000 let, což je stáří uhličitanové vrstvy na povrchu jednoho z velkých sádrových krystalů.“

 

Hlen reguluje

16.10.2019
Zdroj:
Kelsey M. Wheeler et al., Mucin glycans attenuate the virulence of Pseudomonas aeruginosa in infection, Nature Microbiology 2019, doi: 10.1038/s41564-019-0581-8
Zdroj
Snímek hlenu elektronovým mikroskopem, obr.Katharina Ribbeck.

Hlen (mukus) netvoří pouze mechanickou ochranu některých povrchů trávicí, dýchací a rozmnožovací soustavy. Obsahuje i sloučeniny zvané glykany, které regulují fungování přítomných bakterií a zabraňují tak vzniku infekce. Pokusy s bakterií Pseudomonas aeruginosa ukázaly, že snižují aktivitu genů zodpovědných za patogenní chování, např. za biosyntézu toxinů, pro bakterie důležité sloučeniny přenášející železité ionty přes bakteriální membránusideroforů? nebo vznik bakteriálních filmů.

Chemicky obsahuje hlavně glykoprotein mucin, dále anorganické soli a dále v malém množství imunoglobuliny a antiseptické enzymy. Na mucin navázané glykany mají schopnost bakterie ovlivňovat. Expertka přes hlen profesorka biochemie Katharina Ribbeck z MIT o výsledcích svého týmu říká: „Vidíme, že příroda má schopnost obtížné mikroby krotit, nikoli je zabíjet. To by nejen mohlo omezit selektivní tlak při vzniku rezistence, ale na těchto principech založená léčba by také mohla pomoci vytvořit a udržet zdravé bakteriální společenství. Tato metoda může fungovat v mnoha systémech, kde chceme příznivě ovlivňovat mikrobiální společenství v těle.“

 

Kroucením ochladíme

15.10.2019
Zdroj:
R.Wang et al., Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers, Science 11 Oct 2019: Vol. 366, Issue 6462, pp. 216-221. DOI: 10.1126/science.aax6182
Zdroj
Znázornění tepelných změn povrchu krouceného nikl-titanového drátu o průměru 0,6 mm, obr. University of Texas at Dallas.

Kroucení vláken různých materiálů díky změnám struktury uvolňuje tepelnou energii, takže se ohřívají. Po uvolnění napětí napřimující se zkroucený předmět teplo pohlcuje, dochází tudíž k ochlazení. Torzní chlazení (torsional refrigeration) pozorujeme u vláken z různých materiálů, např. u přírodního kaučuku, drátu ze slitiny niklu s titanem nebo poylethylenového vlasce. Možná půjde využít ke konstrukci ledniček, klimatizací nebo dalších chladicích zařízení, které by podle odhadů mohly mít o 20% vyšší účinnost než současné aparáty založené na expanzi plynů.

Rozhodně nejde o jev na hranici pozorovatelnosti. Po uvolnění napětí pořádně zkroucených kaučukových proužků klesla teplota povrchu o 16,4 oC, u čtyřpramenného nikl-titanového drátu dokonce o 20,8 oC. „Abychom dosáhli silného ochlazení gumového pásku, musíme uvolnit obrovské napětí. Na cestě ke komercializaci chlazení kroucením existuje mnoho příležitostí, ale také výzev,“ soudí šéf výzkumu Ray. H.Baughman z University of Texas at Dallas.

Pavel 18.10.2019: Oproti krouceným vláknům má expandující plyn jednu velkou výhodu. Nepodléhá únavě, ani mechanické, ani tepelné. Proto jsem k možnosti chladniček s kroucenými vlákny značně skeptický.

 

Nobelova cena za ekonomii

14.10.2019
Zdroj:
https://www.nobelprize.org/
Zdroj
Laureáti Nobelovy ceny za ekonomii pro rok 2019. Zleva doprava Abhijit Banerjee, Esther Duffo a Michael Kremmer, obr. Nobel Media/Niklas Elmehed.

Cenu Švédské královské banky za ekonomické vědy na paměť Alfreda Nobela pro rok 2019 obdrželi společně Abhijit Banerjee (MIT), Esther Duflo (MIT) a Michael Kremer (Harvard University) za experimentální přístup ke zmírnění celosvětové chudoby (for their experimental approach to alleviating global poverty).

 

Bílá děsí

13.10.2019
Zdroj:
L.M: San-Jose et al., Differential fitness effects of moonlight on plumage colour morphs in barn owls, Nature Ecology & Evolution, volume 3, pages 1331–1340 (2019) doi :10.1038/s41559-019-0967-2
Zdroj
Dva odlišně vybarvené exempláře sovy pálené, foto  Alexandre Roulin.

Překvapivě je sova pálená (Tyto alba, angl. barn owl) s bílým peřím při lovu za jasných měsíčních nocí úspěšnější než příbuzná s narezlým. Vyplývá to z dlouhodobého sledování rovněž pomocí přesného GPS. Jak vidíme na obrázku, sova pálená se vyskytuje ve dvou variantách. Očekávali bychom, že bílá bude vidět lépe a kořist získá více času uniknout. Nicméně významnou roli hraje strach potenciální kořisti, drobných nočních živočichů, z přílišného světla. Rychle se blížící jasný bílý přízrak tvorečka vyděsí, což se mu stane osudným. Experiment ukazují, že prvotním úlekem způsobený krátký okamžik strnutí je při útoku běloperky o něco delší.

V anglickém textu se pro odlišné varianty zbarvení peří používají výrazy white a red. Nicméně při pohledu na obrázek se mi jeví, že této barvě spíše odpovídá český výraz narezlý nebo nahnědlý.

 

Bakterie zakoření

12.10.2019
Zdroj:
T.Fischer et al., Biopearling of Interconnected Outer Membrane Vesicle Chains by a Marine Flavobacterium, Applied and Environmental Microbiology, DOI: 10.1128/AEM.00829-19
Zdroj
Snímek perličkující flavobacterie pořízený elektronovým mikroskopem, foto Max Planck Institute for Marine Microbiology/Tanja Fischer.

V prostředí chudém na živiny bakterie zvětšují povrch, jak jen zvládnou. Veškerou potravu získávají jenom povrchem skrze buněčnou membránu. Čím větší povrch mají, tím více živin získají. Kulovitý tvar není příliš příznivý, protože koule je geometrické těleso s nejmenší plochou vzhledem k objemu. Bakterie v oligotrofním (na živinu chudém) prostředí mohou vytvářet trubičky anebo vezikuly čili membránové váčky napojené na buněčnou membránu. Jak vidíme na obrázku, zřetězené vezikuly mohou dosáhnout úctyhodné délky. Bakterie jakoby vypouštějí ve vodném prostředí kořínky. Protože vezikuly připomínají drobounké perličky, oceánologové je tak pojmenovali a proces jejich tvorby zvou perlením (pearling).

Chemická struktura laminarinu, zásobního cukru chaluh.„Zkoumali jsme flavobacterium, které je rozšířené v Severním moři. Myslíme si, že enzymy na povrchu perličkových řetězců zachycují, drží a rozloží laminarin a rozkladné produkty poté dopraví do buňky. Zdá se, že se to vyplatí. Hromadný výskyt flavobakterií po prudkém rozmnožení řas jasně dokládá evoluční úspěch,“ upřesňuje šéf výzkumného týmu Jens Harder z Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie v Bremen. Laminarin, jehož chemickou strukturu vidíme na obrázku, je zásobní sacharid chaluh (angl. brown algae).

Bikonkávní disk, tvar červené krvinky, těleso s největší plochou vzhledem k objemu. Těleso s největší plochou vzhledem k objemu má tvar červené krvinky, z obou stran promáčknutý disk. Hovoříme o bikonkávním tvaru (viz obr.). Je zajímavé, že bakterie nepoužijí takový tvar. Možná není příliš příznivý pro fungování buněčného jádra, které červené krvinky nemají, ale bakterie se bez něj neobejdou.

 

Slepte a rozlepte

11.10.2019
Zdroj:
H.Cho et al., Intrinsically reversible superglues via shape adaptation inspired by snail epiphragm, PNAS, July 9, 2019, vol. 116, no. 28, 13774–13779, doi: 10.1073/pnas.1818534116
Zdroj
Nahoře polymerace  ethyl-2-kyanoakrylátu, vlevo dole chemická struktura poly(2-hydroxyethylmethakrylátu), vpravo dole ethylenglykoldimethakrylátu.

Lepíme-li pomocí sloučenin na bázi kyanoakrylátu, slepené oddělíme jedině za cenu poškození. Zejména v anglické literatuře se setkáme s označením takových přípravků jako superlepidla (superglue), u kterých pevnost spoje přesahuje 1.000 N/cm2. Typický zástupce je ethyl-2-kyanoakrylát. Slepení vzniká díky polymeraci (viz obr.). Spoje založené na fyzikálních principech, např. inspirované povrchem tlapek gekonů, můžeme mnohokrát bez problémů spojit a oddělit, ale nejsou zdaleka tak pevné. Obecně se reverzibilní slepení vyznačuje výrazně nižší pevností.

Epifragma hlemýždě zahradního (Helix pomatia), foto Fritz Geller-Grimm [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)].Zajímavé řešení přináší nový hydrogel, který po vyschnutí dosahuje pevnosti slepeného spoje 892 N/cm2. Opětovné navlhčení vede k rozdělení spoje bez poškození. Chemicky jde o poly(2-hydroxyethylmethakrylát) propojený ethylenglykoldimethakrylátem. Chemickou strukturu vidíme na horním obrázku dole. Při vysychání dojde k deformaci gelu a ke přilnutí do nejmenších nerovností lepených povrchů. Opětovné navlhčení vede k napnutí a oddělení gelu. Nevýhodou je, že nejde o voděodolné lepidlo. Ale drží dobře. Inspirací pro vznik lepicího gelu byla epifragma (angl. epiphragm) plžů. Jde o dočasnou vyschlou gelovou převážně glykoproteinovou vrstvu, kterou uzavírají ulity. Po zvlhnutí se rozpadá.

 

Echolokace slepců

10.10.2019
Zdroj:
Liam J. Norman, Lore Thaler, Retinotopic-like maps of spatial sound in primary ‘visual’ cortex of blind human echolocators, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2 October 2019, Volume 286, Issue 1912, doi: 10.1098/rspb.2019.1910
Zdroj
Červeně je vyznačena poloha vizuálního kortexu na náčrtku  mozku v lebce, obr.Patrick J. Lynch, medical illustrator [CC BY 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)].

Obrovskou přizpůsobivost lidského mozku dokládají pokusy s orientací slepců. Zobrazení pomocí magnetické rezonance ukázalo zásadní změny ve fungování vizuálního kortexu. Jde o zadní část mozkové kůry, která normálně zpracovává signály z oka. Někteří slepci zvládnou orientaci v prostoru pomocí echolokace obdobně jako netopýři. Představu o okolí získávají na základě odrazů zvuku silného mlasknutí. Ke zpracování těchto signálů využívají vizuální kortex, který jinak nemá co dělat. Autoři výzkumu uvádějí, že mozek díky své adaptabilitě dokáže „plnit některé funkce, i když informace pocházejí z jiných senzorických kanálů.“

 

Nobelova cena za chemii

9.10.2019
Zdroj:
https://www.nobelprize.org/
Zdroj
Laureáti Nobelovy ceny za chemii pro rok 2019. Zleva doprava John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham a Akira Yoshino, obr. Nobel Media/Niklas Elmehed.

Nobelovu cenu za chemii pro rok 2019 obdrželi John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham a Akira Yoshino za vývoj lithiových článků (for the development of lithium-ion batteries). Každý obdržel 1/3 ceny. Americký vědec Stanley Whittingham vyvinul první lithiovou baterii, John Goodenough rovněž z USA optimalizoval katodu a Japonec Akira Yoshino nahradil kovovou lithiovou anodu materiálem s lithnými ionty. V dnešní době v civilizovaném světě je prakticky nemožné nesetkat se s jejich vynálezem.

 

Rudý skřet bliknul

9.10.2019
Zdroj:
https://apod.nasa.gov/apod/ap191008.html
Zdroj
Nadoblačný rudý skřítek nad Itálií, foto  Stephane Vetter (TWAN).

Zatím nejlepší získané snímky tzv. nadoblačného blesku zvaného též rudý skřítek, angl. red sprite. Jde rozsáhlý výboj nad oblaky velmi silných pevninských bouří. Skřítky známe asi 30 let, ale přesný mechanismus jevu neznáme. Trvají velmi krátce, zlomky sekundy, a jsou poměrně chladné, připomínají výboj např. v zářivce.

 

Nobelova cena za fyziku

8.10.2019
Zdroj:
https://www.nobelprize.org/
Zdroj
Laureáti Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2019. Zleva doprava James Peebles, Michel Mayor a Didier Queloz, obr. Nobel Media/Niklas Elmehed.

Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2019 obdrželi James Peebles, Michel Mayor a Didier Queloz za přínos k pochopení vývoje vesmíru a postavení Země v něm (contributions to our understanding of the evolution of the universe and Earth’s place in the cosmos). JP za teoretické objevy ve fyzické kosmologii, což je odvětví kosmologie, které studuje největší struktury a dynamiku vesmíru a zabývá se řešením základních otázek jeho původu, struktury a vývoje. MM a DQ společně za objev exoplanety obíhající hvězdu podobnou slunci. Jde o 50 světelných vzdáleného plynného obra 51 Pegasi b v souhvězdí Pegase.

 

Číňané protestují

7.10.2019
Zdroj:
Q.Zhu, M.Horst, Science communication activism: Protesting Traditional Chinese Medicine in China, Public Understanding of Science, Vol 28, Issue 7, 2019, https://doi.org/10.1177/0963662519865405
Zdroj
V tradiční čínské medicíně často používané přírodní produkty. Od leva nahoře po směru hodinových ručiček: sušené plodnice houby lesklokorky (Ganoderma, čínsky lingzhi), sušený kořen ženšenu (rod Panax, angl.ginseng), mnišské ovoce (plody byliny Siraitia grosvenorii), spodky želvích krunýřů, stočení sušení hadi, User:Vberger [Public domain].

Zatímco u nás narazíme lidi ignorující výdobytky západního lékařství, jako antibiotika a očkování, v Číně aktivisté protestují proti tradiční čínské medicíně a požadují ošetření v západním stylu. Na základě studia internetových fór, sociálních síť a přímého dotazování prof.Maja Horst z Kodaňské univerzity, specialistka na komunikaci, shrnuje: „Aktivisté jsou vzdělanější a lepé situování než průměrná čínská populace. Velká většina z nich drží krok s vědeckým poznáním. Protesty nejsou částí širokého lidového hnutí, ale aktivisté působí svou komunikaci na několika různých úrovních.“

Pokerové karty s texty o rizicích tradiční čínské medicíny.Konkrétně píší dopisy rodině, přátelům a kolegům, léčeným a někdy poškozeným metodami tradiční čínské medicíny. Vyvěšují plakáty v nemocnicích a úřadech, aby upozorňovali na možná rizika. Největší část jejich aktivit probíhá online na sociálních mediích a pomocí blogů. Za zmínku stojí využití pokerových karet s texty o riziku tradiční čínské medicíny na každé kartě. Celkem 37 tisíc sad distribuovali do velmi populárních pokerových klubů zemědělských oblastí Číny.

Západní lékařství je založeno na pokusu a důkazu (angl. evidence based). Každý předpoklad o fungování lidského těla a možných způsobech léčby je třeba experimentálně dokázat. Tradiční čínská medicína je založena na dlouhodobém pozorování a autoritě zakladatelů. Určitě bychom ji neměli zatracovat en bloc. Artemisin, velmi účinný lék proti malárii, vznikl na základě informací z tradiční čínské medicíny. Na druhou stranu bychom ji neměli přeceňovat. Např. léčebné úspěchy akupunktury jsou na úrovni placeba. Ale i placebo může pomoci. Nicméně k zásadnímu prodloužení lidského života a snížení dětské úmrtnosti došlo celosvětově po užití metod západního lékařství, nikoliv tradičních léčebných praktik.

akademon.cz 1.10.2004: Důstojný protivník malárie

akademon.cz 5.10.2015: Nobelova cena za fyziologii a lékařství 2015

 

Nobelova cena za fyzilogii a lékařství

7.10.2019
Zdroj:
https://www.nobelprize.org/
Zdroj
Laureáti Nobelovy ceny za fyzilogii a lékařství pro rok 2019. Zleva doprava William G. Kaelin Jr., Sir Peter J. Ratcliffe a Gregg L. Semenza, obr.Nobel Media/Niklas Elmehed.

Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství pro rok 2019 obdrželi společně William G. Kaelin Jr., Sir Peter J. Ratcliffe a Gregg L. Semenza za objev, jak buňky vnímají a přizpůsobují se dostupnosti kyslíku (how cells sense and adapt to oxygen availability). Význam kyslíku pro život je znám již dlouhou dobu, ale přesný mechanismus, jak ho buňky vnímají, odhalili až ocenění laureáti.

Nedostatek kyslíku v těle zaregistrují receptory v krkavici a spustí rychlejší a hlubší dech. Současně dochází také k uvolňování hormonu erytropoetinu, který spouští tvorbu nových červených krvinek. Letošní laureáti Nobelovy ceny zjistili, jak celý mechanismus funguje na buněčné úrovni. Tvorbu erytropoetinu spouští bílkovinný komplex HIF-α (Hypoxia Inducible Factor Alpha). Pokud je kyslíku v buňce dostatek, k molekule HIF-α se připojují dvě hydroxylové skupin -OH. To umožní připojení bílkoviny zvané VHL, čímž molekulu označí k likvidaci pro specifické degradační enzymy. Trpí-li buňka nedostatkem kyslíku, označení nevznikne a proteinový komplex pronikne do jádra a aktivuje genetickou odpověď na hypoxii.

 

Kavka pozná

6.10.2019
Zdroj:
V.E.Lee et al., Social learning about dangerous people by wild jackdaws, Royal Society Open Science, 4 September 2019, Volume 6 Issue 9, https://doi.org/10.1098/rsos.191031
Zdroj
Kavka obecná, Marek Szczepanek [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)].

O schopnostech vran na akademonu již leccos najdeme. Pozadu nezůstávají ani kavky, Příslušníci čeledi krkavcovitých řádů pěvců náleží obecně k inteligentním živočichům, a to včetně sojky práskačky. Experimenty s hnízdícími kavkami (kavka obecná, Corvus monedula, angl. jackdaw) ukazují, že rozeznávají pro ně významné osoby podle rysů tváře. Rušil-li je výzkumník s nasazenou obličejovou maskou při hnízdění, spustili varovné volaní, i když se objevila jiná osoba v téže masce. Další osoby, se kterými neměly špatnou zkušenost, je nechávaly klidné.

„Schopnost rozlišovat mezi nebezpečnými a neškodnými lidmi je výhodná, zejména v městském prostředí. Naše studie ukázala, že kavky se mohou naučit identifikovat nebezpečné lidi, aniž by měly vlastní předchozí špatné zkušenosti,“ shrnuje první autorka publikace Victoria E.Lee z University of Exeter. Zaslechnou-li kavky varovné volání, spojí ho i s člověkem, který přímo je neznepokojoval. Při dalším setkání jsou ostražitější než u jiných lidí.

akademon.cz 28.10.2018: Pták předčí primáta

akademon.cz 3.12.2013: Krkavčí inteligence

 

Kvadruplegik vykračuje

5.10.2019
Zdroj:
A.L.Benamid et al., An exoskeleton controlled by an epidural wireless brain–machine interface in a tetraplegic patient: a proof-of-concept demonstration, The Lancet Neurology, DOI:https://doi.org/10.1016/S1474-4422(19)30321-7
Zdroj
Zobrazení mozku sedmidenního kuřecího embrya mikroskopem mesoSPIM, obr. mesospim.org.

Na všechny končetiny ochrnutý (kvadruplegický, angl.tetraplegic) muž zvládá základní pohyby pomocí celotělového exoskeletu. Na video vede link z obrázku. Exoskelet ovládá obdobně jako my tělo pomocí dvou po stranách hlavy voperovaných záznamových zařízení, která nezasahují do mozku. Leží těsně nad tvrdou plenou mozkovou. Oproti předchozím experimentům jde o zásadní změnu, protože zavedení elektrod přímo do mozku je podstatně rizikovější. Aktivitu senzomotorických oblastí sleduje 128 elektrod, po 64 v každém záznamovém zařízení.

„Jde o první navržený semiinvazivní bezdrátový systém mozek-počítač... , který ovládá všechny čtyři končetiny,“ říká jeden z šéfů projektu prof. Alim-Louis Benabid z Université Grenoble Alpes. Zatím jde o experimentální prototyp testovaný po dva roky na 28-letém pacientovi se závažným poškozením míchy mezi třetím a čtvrtým krčním obratlem. Od nasazení do běžné lékařské praxe jsme ještě roky vzdáleni. Zůstává otázkou, zdali se podaří srazit cenu zařízení tak, aby bylo dostupné pro všechny ochrnuté.

 

Kuk!

4.10.2019
Zdroj:
F.F.Voigt et al., The mesoSPIM initiative: open-source light-sheet microscopes for imaging cleared tissue, Nature Methods (2019), DOI: 10.1038/s41592-019-0554-0
Zdroj
Zobrazení mozku sedmidenního kuřecího embrya mikroskopem mesoSPIM, obr. mesospim.org.

Nový optický mikroskop mesoSPIM umožňuje vytvářet rozsáhlé třírozměrné zobrazení tkání s udivující přesností. Na videu si můžeme prohlédnout prostorový mikroskopický obraz vyvíjejícího se mozku sedmidenního kuřecího embrya. Celý preparát je 13 mm vysoký. Vytvoření zobrazení s rozlišením 1,5 x 1,5 x 2 mikrometry trvalo sedm a čtvrt hodiny a na uložení potřebuje 800 GB. Vědecká koordinátorka Dr.Stéphane Pages z Ženevské univerzity shrnuje: „Mikroskopy MesoSPIM řeší dlouhodobý problém, jak dosáhnout výjimečné kvality obrazu ve velkých vzorcích během velmi krátké doby.“

Takto vypadá mikroskop mesoSPIM ve skutečnosti, foto Stéphane Pages. MesoSPIM mikroskop, což je zkratka z mesoscale selective plane-illumination microscopes, je vylepšený light sheet mikroskop. Light sheet mikroskopie je metoda, při které preparát osvětlujeme světelný paprskem roztaženým cylindrickými čočkami do plochy kolmo ke směru pohledu v místě nejostřejšího zobrazení. Preparát můžeme postupně snímat po vrstvách a vytvořit prostorový obraz. Vylepšená optická technologie a zpracování dat v mesoSPIMu umožňuje vytvoření rozsáhlého zobrazení v reálném čase.

Chcete-li zhotovit vlastní mesoSPIM, přesný návod najdete zde. Na světě je zatím sedm kusů, pět ve Švýcarsku a po jednom v Londýně a Berlíně.

 

Biorobot plave

3.10.2019
Zdroj:
O.Aydin et al., Neuromuscular actuation of biohybrid motile bots, PNAS October 1, 2019 116 (40) 19841-19847; https://doi.org/10.1073/pnas.1907051116
Zdroj
Schematický náčrtek biobota hnaného svaly s jedním a dvěma bičíky. Slutečná hlavička je asi 1 mm dlouhá, upraveno podle O.Aydin et al., Neuromuscular actuation of biohybrid motile bots, PNAS October 1, 2019 116 (40) 19841-19847, CC BY-NC-ND, https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.

Malého pulci podobného biobota (biorobota) hnaného pohybem svalových buněk můžeme shlédnout na 4x zrychleném videu. Vlevo vidíme experiment, vpravo počítačovou simulaci. Milimetr dlouhá hlavička s jedním nebo dvěma bičíky z elastického polydimethylsiloxanu nese na sobě malý sval vypěstovaný v buněčné kultuře ze srdečních buněk společně s geneticky modifikovanými neurony citlivými na světlo, tzv. optogenetickými neurony. Bílkoviny tvořící iontové kanály v jejich buněčných membrána jsou pozměny tak, že reagují na osvícení a vyšlou nervový signál, což způsobí několikeré stažení svalu. Pružné ocásky zakmitají a ženou biobůtka vpřed.

„Použili jsme optogenetickou neuronovou buněčnou kulturu z myších kmenových buněk, přiléhající ke svalové tkáni. Neurony rostly směrem ke svalu a vytvářely nervosvalová spojení, takže hnací jednotka vznikla sama. Schopnost řídit svalovou aktivitu neurony dláždí cestu pro další integraci nervových jednotek v biohybridních systémech,“ říká o práci svého týmu prof. M.Taher A.Saif z University of Illinois at Urbana–Champaign.

Karoly Chyba 5.10.2019: ... dalsi level robotiky?.... neskutocne...

 

Pochutnáme si?

2.10.2019
Zdroj:
https://medicalxpress.com/news/2019-09-swiss-chocolatier-callebaut-all-in-cacao.html
Zdroj
Nový produkt společnosti Barry Callebaut, foto Barry Callebaut.

Švýcarská společnost Barry Callebaut, jeden z předních světových výrobců čokolády, uvádí na trh novou čokoládu nejenom ze semen kakaovníku (rod Theobroma), ale z celého plodu. Semena kakaovníku, kakaové boby, jsou uložena v měkké nasládlé dužnině, která se vyhazuje. Archeologové předpokládají, že lidé původně pojídali právě tuto dužninu a kvasili z ní nápoje dříve, než zvládli zpracování tuhých semen. Zdali do čokolády rozemelou i tuhou šlupku plodu, není zatím jasné. Nicméně společnost uvádí, že využije 100% plodu, takže můžeme očekávat novou zajímavou chuť. Při současné výrobě čokolády 70% vyhazujeme.

Kakaovník velkokvětý (Theobroma grandiflorum) s plody, foto Uveedzign, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, from Wikimedia Commons. WholeFruit chocolate (celoplodá čokoláda) přijde na trh ve dvou druzích, jedna jako analogie hořké jen z plodu kakaovníku, druhá mléčná s přídavkem mléka. Barry Callebaut dodává čokoládu známým společnostem jako Nestle, Hershey nebo Unilever. K novému produktu uvádí: „Výsledkem je vysoce kvalitní surovina, kterou lze užívat jako přísadu do džusů, smoothies, mraženého zboží, pečiva nebo cukroví.“

 

Mikrospektrometr

1.10.2019
Zdroj:
Z.Yang et al., Single-nanowire spectrometers, Science 365, 1017–1020 (2019) DOI: 10.1126/science.aax8814
Zdroj
Nahoře v černém poli tyčinka ze sulfidu-selenidu kademnatého, pod ní světelné spektrum, které prochází. V modrém obdelníku indio-zlaté elektrody a úplně dole skutečný vzhled součástky, upraveno podle Z.Yang et al., Single-nanowire spectrometers, Science 365, 1017–1020 (2019).

Spektrometr vpravdě miniaturních rozměrů lze připravit z tyčinky proměnlivého složení o délce 50 až 100 mikrometrů. Jeden konec je z čistého sulfidu kademnatého CdS. Síry postupně ubývá a selenu přibývá, až opačný konec tvoří čistý selenid kademnatý CdSe. Absorpce viditelného světla se s rozdílným složením mění, takže v jednom úseku prochází záření jen určité vlnové délky. Dopadající bílé světlo rozloží na spektrum od fialové po červenou. Jako fotodetektory k převodu světelného signálu na elektrický slouží 38 elektrod z india a zlata. Materiál podivuhodných vlastností lze připravit postupným napařováním. Obrovskou výhodou nového zařízení je, že nemá žádnou pohyblivou část.

„Jde o zajímavý přístup, který přináší cenné poznatky o možnostech extrémní miniaturizace měření . Zmenšení je velmi žádoucí, protože otevírá nové možnosti využití pro experty i běžné spotřebitele,“ soudí Andrew Marshall z University of Lancaster, kterého nenajdeme mezi autory publikace, nicméně jde o experta na nové materiály pro fotodetektory a další elektronická zařízení nové generace. Např. zabudování nového spektrometru do smartphonu, což by vzhledem k velikosti neměl být problém, umožní sledovat kvalitu potravin přímo během nákupu.

 

Diskuse/Aktualizace