Dickinsonia je zvíře

25.9.2018
Zdroj:
I.Bobrovskiy et al., Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals, Science 21 Sep 2018: Vol. 361, Issue 6408, pp. 1246-1249 DOI: 10.1126/science.aat7228
Zdroj
Dickinsonia costata, malý exemplář z Austrálie, foto Verisimilus, English Wikipedia, CC BY 2.5, https://creativecommons.org/licenses/by/2.5, from Wikimedia Commons.

Přes sedmdesát pět let řešili paleontologové záhadu, do které z říší života patří zkamenělina stará přes půl miliardy let. Dickinsonia (viz obr.) vypadá jako článkovaná placka o průměru až 140 cm. Ze stavby těla nelze rozhodnout, zda jde o mnohobuněčného živočicha, houbu nebo přerostlého jednobuněčného tvora. Největší současní jednobuněční dorůstají až 25 cm, takže v prostředí s mnohem nižší konkurencí není vyloučeno, že mohli dorůst i výrazně více. Nyní nalezené stopy cholesterolu jednoznačně dokazují, že Dickinsonia je zvíře. Tyto sloučeniny jsou pro živočichy typické a v jiných říších organismů je nenacházíme. Chemickou strukturu najdeme na obrázku u dalšího odstavce.

Chemická struktura cholesterolu. Rod Dickinsonia žil v nejmladším období proterozoika (starohor), zvaném ediakar (před 635 až 542 miliony let). Potíže s výzkumem popisuje Ilya Bobrovskiy z Australian National University: „Problém byl, že nejprve jsme museli najít fosilie Dickinsonie, které ještě organické sloučeniny obsahovaly. Většina vrstev s takovými zkamenělinami, jako např. ediakarská formace v Austrálii, byly vystaveny vysoké teplotě, tlaku i zvětrávání. V důsledku toho byly stopy organických sloučenin zcela zničeny.“ Vhodné Dickinsonie nalezli výzkumníci ve vysokých útesech v pustých končinách na pobřeží Bílého moře. Ohrožován medvědy i komáry, vytesal německo-rusko-australský tým obrovské kusy kameny za pomoci horolezecké techniky.

Krátké video Australian National University o výzkumu Dickinsonii.

 

CO2 dodá energii

24.9.2018
Zdroj:
A.Khurram et al., Tailoring the Discharge Reaction in Li-CO2 Batteries through Incorporation of CO2 Capture Chemistry, Joule, Available online 21 September 2018, https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.002
Zdroj
Schéma elektrochemického článku lithium - oxid uhličitý.

Až 30% vyrobené energie spotřebují moderní elektrárny na zachycení vznikajícího oxidu uhličitého CO2. Zajímavý návrh baterie, která by zlevnila celý proces a ještě vyrobila elektřinu, testují experti z MIT. Oxid uhličitý z kouřových plynů nejprve standardně zachytí pomocí organická sloučenina se skupinou NH2aminu?. Jeho vodný roztok přivádějí na uhlíkovou anodu elektrochemického článku. Po oxidaci a reakci s lithným iontem Li+ vzniká nerozpustný uhličitan lithný Li2CO3. Zdrojem lithných kationů je lithiová katoda. Kvůli reaktivitě lithia obě elektrody odděluje nevodný elektrolyt. Uvolněný amin lze opět použít k zachycení dalšího oxidu uhličitého. Schéma navrhovaného elektrochemického článku vidíme na obrázku.

Uhličitan lithný usazený na uhlíkové elektrodě v podobě hustých bílých jehliček na snímku rastrovací elektronového mikroskopu. Ve výseku označeném Pristine vidíme původní stav elektrody (foto  Aliza Khurram, Mingfu He, Betar M.Gallant, Tailoring the Discharge Reaction in Li-CO2 Batteries through Incorporation of CO2 Capture Chemistry, Joule 2018).„Dvě prostředí, vodný roztok aminů a nevodný elektrolyt, se běžně nepoužívají společně, ale zjistili jsme, že jejich kombinace přináší nové a zajímavé rysy, které mohou zvýšit napětí článku a umožnit trvalou konverzi oxidu uhličitého,“ zdůrazňuje podstatu objevu vedoucí výzkumného týmu Betar M. Gallant. Rovněž soudí, že „použitelné baterie lithium-oxid uhličitý jsou roky vzdálené.“ Zatím jde o koncept, který je třeba ještě dlouho testovat a vyvíjet. Nerozpustný uhličitan lithný, který se usazuje přímo v uhlíkové elektrodě, a možná oxidace aminu tamtéž představují dva zásadní problémy limitující fungování. Uhličitan lithný usazený na uhlíkové elektrodě v podobě hustých bílých jehliček vidíme na snímku rastrovací elektronového mikroskopu (obr. Aliza Khurram, Mingfu He, Betar M.Gallant, Tailoring the Discharge Reaction in Li-CO2 Batteries through Incorporation of CO2 Capture Chemistry, Joule 2018).

 

Mrchožrouta nic neotráví

23.9.2018
Zdroj:
Michael Roggenbuck et al., The microbiome of New World vultures, Nature Communications, volume 5, Article number: 5498 (2014) https://doi.org/10.1038/ncomms6498
Zdroj
Kondor havranovitý (Coragyps atratus, angl. black vulture),foto Mdf, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons.

Mrchožraví ptáci zvládnou potravu, která by jiné obratlovce zabila. Na hnijících tkáních mrtvol žije rozmanité společenství velmi nebezpečných bakterií. Studium dvou druhů kondorů odhalilo, že je chrání především silná kyselost žaludečních šťáv, což není překvapující. Žaludek funguje jako účinný sterilizátor, který sníží 528 bakteriálních druhů nalezených na ptačí hlavě na 76 ve střevě. Výzkum proběhl u kondora havranovitého (Coragyps atratus, angl. black vulture) a kondora krocanovitého (Cathartes aura, angl.turkey vulture).

Kondor krocanovitý (Cathartes aura, angl.turkey vulture),  foto Tim McCormack (Phyzome),  CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons.Velmi zajímavé je, že oba mrchožrouti nalezli způsob spolužití s velmi nebezpečnými druhy fusobakterií a clostridii produkujícími nekrotizující toxiny. Ostatní obratlovci by zhynuli na velmi nepříjemnou infekci spojenou s rozpadem svalů. Kondoři bakterie využívají pro lepší trávení, takže dominují jejich střevní mikroflóře. Anglický výraz vultures, použitý v původní publikaci, překládáme jako supi (mrchožraví jestřábovití). Zahrnuje ale i čeleď rovněž mrchožravých kondorů, kteří žijí pouze v Americe.

 

Nesl ptakoještěr vak?

21.9.2018
Zdroj:
Brooks B. Britt et al., Caelestiventus hanseni gen. et sp. nov. extends the desert-dwelling pterosaur record back 65 million years, Nature Ecology & Evolution, volume 2, pages 1386–1392 (2018) https://doi.org/10.1038/s41559-018-0627-y
Zdroj
Rekonstrukce lebky C.Hanseni vytištěná z plastu na 3D tiskárně, délka 17,8 cm (foto Matt Wedel, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, via Wikimedia Commons).

Velice slušně zachovalou zkamenělou 17,8 cm dlouhou lebku nového druhu raného ptakoještěra (pterosaura) a kost křídla nalezli paleontologové v 200 milionů let starém bloku pískovce v americkém státě Utah. Rozpětí křídel činilo 1,5 m. Na svou dobu byl Caelestiventus hanseni obřík, ostatní známí ptakoještěři svrchního triasu byli podstatně menší. Jako jediný známý raný pterosaurus nežil na mořském pobřeží, ale zhruba 800 km od něj. Další ptakoještěři ho následovali do vnitrozemí až po 65 milionech let.

Pohled do vaku pelikána australského (Pelecanus conspicillatus, angl. Australian pelican) na jezeře Entrance v australském státě  Victoria, 2018, foto   Paul Sunman, CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via  Wikimedia Commons.Na obrázku nahoře vidíme rekonstrukci lebky C.Hanseni vytištěnou z plastu na 3D tiskárně. Skutečné fosilie lebečních kostí jsou tak gracilní, že odstranění veškerého okolního pískovce by vedlo k nenapravitelnému poškození. S pomocí počítačové tomografie je lze přesně rekonstruovat (foto Matt Wedel, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, via Wikimedia Commons). Výstupky na spodní čelisti naznačují, že se pod ní mohl nacházet vak obdobně jako u dnešních pelikánů (viz obr.). Přesné složení stravy zatím neznáme, vak mohl sloužit jak k lovení či skladování kořisti, tak i ke komunikaci jako v současnosti u samce fregatky obecné (Fregata minor) nebo ještěrů rodu dráček (Draco) z čeledi agamovitých (Agamidae).

Jako první létající obratlovci ovládali pterosauři vzduch naší planety od svrchního triasu do svrchní křídy před 220 až 65 miliony let. Jejich kosti byly tenké a porézní, aby nízkou hmotností co nejvíce usnadňovaly let. Proto na rozdíl od veleještěrů s masivní kostrou nalézáme pouze poškozené zbytečky pterosauřích kostí. Jeden z objevitelů, Brooks B. Britt z Brigham Young University v utažském Provo, upřesňuje: „Pozůstatky (míněno C.hanseni) jsou většinou dobře zachovalé, takže odkrýváme detaily, které jsou na běžných zničených kostrách ostatních raných pterosaurů nerozeznatelné.“

 

Vlasy čichají

20.9.2018
Zdroj:
Jérémy Chéret et al., Olfactory receptor OR2AT4 regulates human hair growth, Nature Communications, volume 9, Article number: 3624 (2018) https://doi.org/10.1038/s41467-018-05973-0
Zdroj
Nahoře chemická struktura sandaloru a dole brahmanolu, nejvýznamnějších vonných součástí santalového oleje.

Oproti očekávání čichové receptory nenacházíme pouze v nose. Narazíme na ně v průduškách, střevech, na povrchu spermií a kupodivu i v nejsvrchnější vrstvě vlasových cibulek. Konkrétně tam najdeme receptor OR2AT4 citlivý na vůni santalového dřeva. Jde o stejné receptory, které zvyšují produkci bílkoviny keratinu v buňkách kůže. Ve vlasových folikulech působení syntetické sloučeniny sandalor (viz obr. nahoře), základní součásti santalového oleje, stimuluje růst vlasů snižováním kontrolovaná buněčná smrt jako výsledek normálního vývoje a přeměny tkáníapoptózy? a zvyšování produkce příslušného růstového faktoru. Zdali santalové dřevo může skutečně zastavit vypadávání vlasů, prokážou až další experimenty.

Větvička, poupě, květ a plod santalovníku bílého,  Franz Eugen Köhler, Köhler's Medizinal-Pflanzen, Public domain, via Wikimedia Commons . Santálové dřevo je tropické dřevo santalovníku, zejména santalovníku bílého (Santalum album, angl. sandalwood) s vysokým obsahem vonných silic. Nejvýznamnější z nich jsou sandalor a brahmanol. Jejich chemickou strukturu najdeme na obrázku u předchozího odstavce. Větvičku a květy santalovníku bílého vidíme na obrázku.

 

Elektrony neposlouchají

19.9.2018
Zdroj:
Jia-Xin Yin et al., Giant and anisotropic many-body spin–orbit tunability in a strongly correlated kagome magnet, Nature (2018) https://doi.org/10.1038/s41586-018-0502-7
Zdroj
Mřížka typu kagome, obr. Tomruen, CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons.

Nečekané chování povrchových elektronů, které nepředpovídá žádná dosavadní teorie, odhalili fyzici na povrchu ferromagnetu z železa a cínu o složení Fe3Sn2. Zatímco atomy krystalové mřížky tvoří na povrchu šestiúhelníkový vzor, jejich valenční elektrony vytvářejí přímky. „Očekávali jsme, že uvidíme šestiúhelníky jako u jiných materiálů, ale nalezli jsme něco naprosto neočekávaného,“ komentuje objev Songtian Zhang z Princeton University. Jeho kolega M.Zahid Hassan doplňuje: „Elektrony zcela ignorují symetrii krystalové mřížky.“

Jev pozorovali pomocí rastrovacího tunelového mikroskopu za teploty 4 K. Linie elektronů se orientují podle vnějšího magnetického pole. Strukturu, kterou vidíme na povrchu sloučeniny Fe3Sn2 nazýváme mřížka kagome podle tradičního japonského vzoru pletení bambusu. Jak vidíme na obrázku, tvoří ji trojúhelníky se společnými vrcholy, takže vytvářejí šestiúhelníkový vzor. Na animaci vidíme neočekávané uspořádání elektronů a jejich pohyby způsobené magnetickým polem

Poloha jeskyně Raqefet (A), fotografie použitých nádob (B) a náčrtek jejich používání (C), (Elsevier, Journal of Archaeological Science: Reports Credits for photos: Dror Maayan; Graphic design: Anat Regev-Gisis).20.9.2018: Na obrázku A najdeme polohu jeskyně Raqefet, pod označením B vidíme fotografii použitých kamenných hmoždířů a nádob vydlabaných v podlaze jeskyně s měřítkem dlouhým 20 cm. Pod písmenem C je nákres, jak nádoby fungovaly. Kamenný hmoždíř po překrytí plochým šutrem sloužil i k uskladňování rostlin, podlahová nádoba k rozmělňování a vaření (Elsevier, Journal of Archaeological Science: Reports Credits for photos: Dror Maayan; Graphic design: Anat Regev-Gisis).

 

Prostě rozpustit

18.9.2018
Zdroj:
M.Sivaguru et al., Geobiology reveals how human kidney stones dissolve in vivo, Scientific Reports, volume 8, Article number: 13731 (2018), https://doi.org/10.1038/s41598-018-31890-9
Zdroj
8 mm velký ledvinový kámen, foto Robert R. Wal, http://en.wikipedia.org/wiki/Kidney_stone, Public domain, via Wikimedia Commons.

Dosavadní předpoklad, že ledvinové kameny (kidney stone) se v těle nerozpouštějí, vyvrátilo důkladné studium jejich struktury a vzniku geologickými metodami. Dopady nového objevu na způsoby léčení tohoto onemocnění by mohly být velmi významné. Naprostá většina kamenů větších než 6 mm nevyjde z těla samostatně. Jejich odstranění vyžaduje rozmělnění mechanickou vlnou (litotripsie) nebo ultrazvukem. Otevřené chirurgické zákroky k odstranění velkých či složitě tvarovaných kamenů jsou vzácné.

Chemická struktura hydratovaného šťavelanu vápenatého a kyseliny močové (dole).Ledvinové kameny tvoří ve vodě nerozpustný šťavelan vápenatý krystalizující se dvěma molekulami vody (dihydrát). Časem molekulu vody ztratí a mění se na jednoklonný (angl. monoclinic) monohydrát. Další podstatnou součástí ledvinových kamenů jsou kosočtverečné (angl. orthorhombic ) krystaly kyseliny močové. Chemické struktury zmíněných sloučenin najdeme na obrázku. Vznik ledvinových kamenů představuje složitý proces zahrnující opakovanou krystalizaci, rozpouštění a spojování drobných kaménků.

Na videu vidíme schematické znázornění vzniku ledvinového kamenu ze tří drobných fragmentů odpovídající struktuře vpravo. Po spojení vznikl na povrchu monohydrát šťavelanu vápenatého (světle zelená). Na něm se usazovala kyselina močová (šedá). Nahoře vznikla další vrstva ze směsi mono i dihydrátu šťavelanu vápenatého (tyrkysová) (M.Sivaguru et al., Geobiology reveals how human kidney stones dissolve in vivo, Scientific Reports, volume 8, Article number: 13731, 2018).

 

Pivo předběhlo zemědělství

17.9.2018
Zdroj:
Li Liu et al., Fermented beverage and food storage in 13,000 y-old stone mortars at Raqefet Cave, Israel: Investigating Natufian ritual feasting, Journal of Archaeological Science: Reports, Volume 21, October 2018, Pages 783-793, https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2018.08.008
Zdroj
Vstup do jeskyně Raqefet v pohoří Karmel v severním Izraeli, foto Dani Nadel, CC BY 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by/3.0, via Wikimedia Commons.

Pozůstatky po vaření piva staré 13.000 let nalezli archeologové v izraelské jeskyni Raqefet (viz obr.). Příslušníci natúfienské kultury uměli vařit pivo dříve než vzniklo zemědělství. Zrní pro jeho přípravu sbírali. Z analýzy nepatrných zbytků na vnitřních stěnách tří kamenných hmoždířů vyplývá, že zrní nejprve rozetřeli, poté vařili a nakonec nechali vykvasit. Jako surovinu používali pšenici, ječmen, žito, luštěniny i len. Natúfien je archeologická kultura lovců a sběračů, která existovala na východním pobřeží Středozemního moře od 13. do 10 tisíciletí př.Kr. Jméno nese podle naleziště Vádí an-Natúf v Izraeli. Těsně předchází vznik zemědělství. Dosavadní nejstarší důkazy o vaření piva pocházejí z doby před 5.000 lety z Číny. První recept najdeme na 4.000 let staré hliněné tabulce z Mezopotamie.

„Pivo pravděpodobně sloužilo k rituálním účelům, alespoň do jisté míry před vynálezem zemědělství. Tento objev naznačuje, že výroba alkoholických nápojů nebyla jen vedlejší efekt nadbytku obilí kvůli obdělávání půdy,“ soudí Li Liu ze Stanford University. Nejstarší důkaz o pečení těsta pochází z doby před 14.400 lety. Výroba piva není o mnoho mladší. Nelze vyloučit, že touha po opojném alkoholickém nápoji představovala rozhodující motivaci pro vznik zemědělství.

Poloha jeskyně Raqefet (A), fotografie použitých nádob (B) a náčrtek jejich používání (C), (Elsevier, Journal of Archaeological Science: Reports Credits for photos: Dror Maayan; Graphic design: Anat Regev-Gisis).20.9.2018: Na obrázku A najdeme polohu jeskyně Raqefet, pod označením B vidíme fotografii použitých kamenných hmoždířů a nádob vydlabaných v podlaze jeskyně s měřítkem dlouhým 20 cm. Pod písmenem C je nákres, jak nádoby fungovaly. Kamenný hmoždíř po překrytí plochým šutrem sloužil i k uskladňování rostlin, podlahová nádoba k rozmělňování a vaření (Elsevier, Journal of Archaeological Science: Reports Credits for photos: Dror Maayan; Graphic design: Anat Regev-Gisis).

 

Maluji okrem

14.9.2018
Zdroj:
Christopher S. Henshilwood et al., An abstract drawing from the 73,000-year-old levels at Blombos Cave, South Africa, Nature (2018), https://doi.org/10.1038/s41586-018-0514-3
Zdroj
Kus červeného okru s vrypy, které udělal obyvatel jeskyně Blombos před přibližně 70.000 lety (Ch. S. Henshilwood, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons).

Nejstarší lidmi namalované abstraktní symboly najdeme na kameni z jihoafrické jeskyně Blombos zhruba 300 km východně od Kapského města. Dosahují stáří 73.000 let. Jde o několik rovnoběžných a křížících se linií vyvedených železem zbarvený druh jílučerveným okrem?. Mikroskopická a chemická analýza pomocí Ramanových spekter vyloučily jejich přirozený původ. Prohlédnout si je můžeme na tomto videu.

„Šířka čáry naznačuje, že vznikla pomocí okrové tyčinky s 1,3 až 3,3 milimetrovou špičkou. Náhlé ukončení všech tahů na okrajích kamene rovněž ukazuje, že kresba původně pokrývala větší plochu. Vzor byl pravděpodobně ještě složitější a strukturovanější, než vidíme na nalezeném úlomku horniny,“ uvádí Christopher S. Henshilwood z Bergenské univerzity.

Technika kresby může být mnohem starší. V jeskyni Blombos nalezli výzkumníci již dříve kromě kamenných nástrojů, hrotů oštěpů a kostěných jehel starých od 73.000 do 77.000 let i soupravičku pro přípravu pigmentu starou 100.000 roků. Mohla však sloužit i k jiným účelům, např. přípravě líčidel a nikoliv barev. Na obrázku vidíme kus červeného okru s vrypy, které udělal obyvatel jeskyně Blombos před přibližně 70.000 lety (Ch. S. Henshilwood, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons).

Nejstarší známé neandrtálské jeskynní malby jsou jen o několik tisíc let mladší. Obdobné výtvory od lidí (Homo sapiens sapiens) jsou mnohem mladší, pocházejí z doby před 40.000 lety. Z mnohem dávnějších časů pocházejí abstraktní symboly, které na mušli vyryl Homo erectus před 500.000 lety.

 

Všechno pohltím

12.9.2018
Zdroj:
Xu Shi et al., Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions, Nature Nanotechnology (2018), https://doi.org/10.1038/s41565-018-0208-x
Zdroj
Struktura silně absorbující fotoelektrody týmu prof.Misawy.

Neuvěřitelných 85% dopadajícího viditelného světla přemění na elektrickou energii fotoelektroda, kterou sestrojili experti z japonské Hokkaidské univerzity v Sapporu. 100 nm silný zlatý film pokryli vrstvou polovodivého oxidu titaničitého TiO2 o tloušťce 30 nm. Na povrch hustě nasázeli nanočástice rovněž ze zlata (viz obr.). Spodní zlatá vrstva funguje jako zrcadlo, které po osvícení vytvoří se zlatými nanočásticemi rezonátor zachycující dopadající světlo.

Skutečný vzhled fotoelektrody týmu prof.Misawy, Xu Shi et al., Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions, Nature Nanotechnology (2018).Mezi nanočásticemi a zlatou vrstvou vznikají silně absorbující plazmony, což jsou společné vibrace volných elektronů v pevných látkách. Popisujeme je formálně jako virtuální (pomyslné) částice. Zařízení absorbuje viditelné světlo tak silně, že na pohled je černé, jak vidíme na obrázku. Fotony pohlcené nanočásticemi zlata excitují elektrony, které přecházejí do vrstvy oxidu titaničitého a mohou se podílet na dalších chemických reakcích či výrobě elektřiny. V popsaných experimentech je vědci využili ke štěpení vody na vodík a kyslík.

„Naše fotoelektroda úspěšně vytvořila nový stav, ve kterém plazmon silně interaguje s viditelným světlem zachyceným ve vrstvě oxidu titaničitého, což umožňuje, aby nanočástice zlata absorbovaly široký rozsah vlnových délek. Účinnost přeměny světelné energie je 11krát vyšší než u systémů bez rezonátoru,“ vysvětluje šéf vědeckého týmu prof.Hiroaki Misawa.

 

Zkratkou do mozku

11.9.2018
Zdroj:
F.Herisson et al., Direct vascular channels connect skull bone marrow and the brain surface enabling myeloid cell migration, Nature Neuroscience, volume 21, pages 1209–1217 (2018), https://doi.org/10.1038/s41593-018-0213-2
Zdroj
Základní krevní buňky na snímku elektronového mikroskopu. Červená krvinka (erythrocyt) leží úplně vlevo, uprostřed krevní destička a vpravo bílá krvinka neboli leukocyt (foto National Cancer Institute v Fredericku, USA, veřejná doména).

Bílé krvinky (angl. leukocyte) z kostní dřeně lebečních kostí putují do mozku zkratkou a nikoliv pomocí cévního systému, jak jsme doposud předpokládali. Leukocyty, které při infekci odpovídají za imunitní odpověď organismu, vznikají v kostní dřeni uvnitř kostí. Odtud pronikají do krve, s níž putují do všech částí těla. Nicméně mezi kostní dření lebečních kostí a vnějším obalem mozku, tzv. tvrdou plenou mozkovou (dura mater) existují kanálky, kterými bílé krvinkou projdou rovnou jakoby zkratkou. U myší jejich průměr dosahuje 22 mikrometrů, u lidí asi pětkrát více.

Mathias Nahrendorf z Harvard Medical School soudí, že „zjevně hrají jinou roli než běžné cévy. Vypadá to, že slouží jako přímý komunikační kanál mezi centrální nervovou soustavou a kostní dření.“ Na obrázku vidíme základní krevní buňky na snímku elektronového mikroskopu. Červená krvinka (erythrocyt) leží úplně vlevo, uprostřed krevní destička a vpravo bílá krvinka neboli leukocyt (foto National Cancer Institute v Fredericku, USA, veřejná doména).

 

Naslouchejte půdě

10.9.2018
Zdroj:
M.Lacoste et al., Listening to earthworms burrowing and roots growing - acoustic signatures of soil biological activity, Scientific Reports, volume 8, Article number: 10236 (2018) https://doi.org/10.1038/s41598-018-28582-9
Zdroj
Růst kořenů ve skleněné pokusné nádobě, (https://www.nature.com/articles/s41598-018-28582-9, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Citlivý mikrofon zachytí zvuky spojené s růstem kořenů a pohybem žížal v půdě. Nová metoda testovaná zatím jen v laboratorních podmínkách by mohla snadno přinášet důležité informace o struktuře spodních vrstev, ke kterým se zatím dostáváme jen výkopem nebo sondou. Zvláště v době, kdy hrozí rozsáhlé degradace obrovských rozloh orné půdy, by mohlo jít o významnou metodu. Rovněž by mohla přinášet informace o růstu i kondici žížal, což není pro zemědělství bez významu.

Zrychlené záznamy pohybu žížal a růstu kořenů ve skleněných pokusných nádobách shlédneme na příslušných videích. Doprovází je zvukové vlnění o frekvencích 1–100 kHz, které jsou z větší části pro lidské ucho neslyšitelné. Video doprovází v transponované podobě (https://www.nature.com/articles/s41598-018-28582-9, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

 

Drony na vinici

7.9.2018
Zdroj:
https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/weinbau-fliegendes-lasersystem-gegen-pilzbefall/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=wissenschaft.de_06-09-2018
Zdroj
Dron nad vinicí, foto  DLR/Frank Eppler.

60% všech fungicidů v evropském zemědělství spotřebují vinaři na ochranu vinné révy. Protože je k houbovým chorobám velmi náchylná, velká část spotřeby připadá na preventivní postřiky. Drony přelétající nad keříky vinné révy by mohly pomocí laseru odhalit počínající napadení. Včasná eliminace či ošetření napadených rostlin podstatně sníží spotřebu fungicidů. Laserový paprsek vyvolá fluorescenci sloučenin, které obsahují pouze tkáně hub, nikoliv révy. Tu zachytí citlivý spektrometr rovněž nesený dronem.

Hrozny napadené padlím  Uncinula necator, foto Maccheek, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en, via Wikimedia Commons.„Pokud rozpoznáme choroby co nejdříve, mohou být protiopatření cílená a omezená. To snižuje náklady na postřik, chrání životní prostředí a v neposlední řadě zvyšuje kvalitu vína,“ popisuje výhody nové metody Christoph Kölbl z Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Německé středisko pro letectví a kosmonautiku). Dálkově lze detekovat např. padlí révy způsobené houbami z čeledi Erysiphaceae, které pokrývá hrozny bělavým povlakem (viz obr.).

 

Spalte plast

6.9.2018
Zdroj:
T.Uekert et al., Plastic waste as a feedstock for solar-driven H2 generation, Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/c8ee01408f
Zdroj
Produkce vodíku a oxidace plastů pomocí slunečního záření za katalýzy kvantovými tečkami.

Kvantová tečka (quantum dot) rozloží plasty pomocí slunečního záření. Jde o miniaturní částici nanometrových rozměrů z polovodivých materiálů. Pohlcení fotonu vede k excitaci elektronu, a tudíž ke vzniku páru elektron - díra stejně jako v makroskopických polovodičích. Dírou nazýváme pozici, kde v krystalové mřížce chybí elektron a díky okolním kladným nábojům atomových jader se jeví jako kladně nabitá virtuální (pomyslná) částice. Kvantové tečky ze směsi sulfidu a oxidu kademnatého CdS/CdOx v zásaditém roztoku jednak prostřednictvím děr oxidují organické polymery na uhličitany a jednoduché organické sloučeniny, jednak zářením excitované elektrony redukují vodu na vodík. Úspěšné testy zatím proběhly s polymléčnou kyselinou, polyethylentereftalátem a polyuretanem. Reakční schéma vidíme na obrázku.

Rozklad plastu kvantovými tečkami pomocí světla, foto Royal Society of Chemistry.Jak reakce vypadá při pohledu pouhým okem, vidíme na obrázku. Kvantové tečky nerozeznáme, protože jsou menší než vlnová délka světla, kterou zachytí naše oko. Reakce probíhá přímo na povrchu plastu, který není třeba předem nijak zvlášť upravovat. I když jde nepochybně o chemicky zajímavou metodu zpracování plastového odpadu, otázkou zůstává, zda dojde k jejímu rozšíření. Vodík může sloužit jako palivo i jako surovina chemického průmyslu. Když už bychom z plastů vyráběli palivo, nebylo by nejjednodušší je pálit v elektrárnách rovnou?

Chemická struktura polyetylenu, polypropylenu, polyvinylchloridu a dioxinu (dole).Při stále rostoucím tlaku na recyklaci může myšlenka na pálení plastů vypadat svatokrádežně. Nicméně pro recyklované plasty nacházíme uplatnění obtížně. Nejpoužívanější současné polymery, polyetylen a polypropylen (viz obr.) tvoří pouze atomy vodíku, uhlíku a kyslíku, takže při správném nastavení podmínek hoření by unikala pouze voda a oxid uhličitý. A velkou část ropy, nenahraditelné suroviny chemického průmyslu, stejně spalujeme. Problém představuje třetí nejužívanější plast, polyvinylchlorid (viz obr.) Jeho hořením vznikají různé jedovaté sloučeninu chloru, např. nechvalně známý dioxin (chemická struktura viz obr.). Nicméně význam PVC stále klesá a obsah atomů chloru by způsoboval problémy při jakémkoli pokusu o chemickou recyklaci.

 

Wifi vás sleduje

5.9.2018
Zdroj:
Chen Wang et al., Towards In-baggage Suspicious Object Detection Using Commodity WiFi, 2018 IEEE Conference on Communications and Network Security
Zdroj
Experimentální uspořádání vidíme na obrázku, upraveno  podle Data Analysis and Information Security (DAISY) Lab led by Professor Yingying Chen.

Pomocí obyčejného wifi vám nově vyvinutý analyzátor signálu nakoukne do batůžku, zdali nenesete nebezpečné předměty. Jako každé elekromagnetické vlnění wifi o frekvenci 2,4 GHz interaguje s předměty, se kterými se dostane do kontaktu. Odraz, lom a interference pozmění původní radiové vlny. Porovnáním vysílaného a zachyceného signálu lze určit, s čím se wifi signál dostal po cestě do styku. S vysokou přesností lze rozeznat kovové předměty, elektroniku, baterie anebo větší objemy kapaliny.

„Pokusy s 15 předměty a šesti typy příručních zavazadel dosáhly přesnosti 99% při zachycení nebezpečných objektů, 98% pro kov a 95% pro kapaliny. Pro typický batůžek spolehlivost přesahuje 95% a klesá na 90%, pokud je předmět zabalen,“ komentuje jedna z autorek výzkumu, prof. Yingying (Jennifer) Chen z Rutgers University. Zapojení do existujících wifi systému nepředstavuje problém. Experimentální uspořádání vidíme na obrázku, upraveno podle Data Analysis and Information Security (DAISY) Lab led by Professor Yingying Chen.

 

Plujte do Sigtuny

4.9.2018
Zdroj:
M.Krzewinska et al., Genomic and Strontium Isotope Variation Reveal Immigration Patterns in a Viking Age Town, Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2018.06.053
Zdroj
Detail runového kamene U395 vytesaného kolem roku 1100 se zmínkou o Sigtuně, (Sigtuna muzeum, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).

Prastaré švédské obchodní středisko Sigtuna založené Vikingy roku 980, mělo překvapivě rozmanité složení obyvatel. Vyplývá to z analýzy DNA 23 osob pohřbených na místních hřbitovech v 10. až 12 století. Kromě Skandinávie pocházeli z Anglie, Litvy, severního Německa i Ukrajiny. U dvou z nich šlo o přistěhovalce v druhé generaci. Analýza izotopů stroncia v kostech ukázala, že v Sigtuně nebo jejím okolí pobývali celý svůj život. S potravou a pitnou vodou pronikají do našeho těla izotopy nejrůznějších prvků, jejichž zastoupení je typické pro každou lokalitu. Jejich analýzou určíme, kde určitá osoba pobývala a co jedla.

Detail vikinské lodi na tapiserii z Bayeux (Bayeux Tapestry) zobrazující dobytí Anglie Normany, foto Urban, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en, via Wikimedia Commons.„Nenalezli jsme žádnou typicky skandinávskou vikinskou populaci, odlišitelnou od zbytku Evropy. Místo toho bylo obyvatelstvo součástí evropského genofondu své doby,“ tvrdí Maja Krzewinska ze Stockholmské univerzity. Nicméně pohanští Vikingové mrtvé spalovali, takže jejich podíl na obyvatelstvu Sigtuny určit nemůžeme. Vikingové díky svým pohyblivých lodím a obchodním i válečným schopnostem pokryli v 9. - 11. století severní i část západní Evropy řadou vzájemně propojených sídel a obchodních stanic. Její součástí byla i Sigtuna ve středním Švédku poblíž současného Stockholmu. Mezi nimi probíhal čilý pohyb jak lidí včetně otroků, tak i zboží.

 

Tiskněte zvukem

3.9.2018
Zdroj:
D.Foresti et al., Acoustophoretic printing, Science Advances 31 Aug 2018: Vol. 4, no. 8, eaat1659, DOI: 10.1126/sciadv.aat1659
Zdroj
Akustoforetický tisk medovými kapkami, Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Harvard University.

Nasazení zvukových vln výrazně rozšiřuje možnosti tisku.Tradiční ink-jet tiskárny pracují s inkousty zhruba do desetinásobku viskozity vody. Elektrohydrodynamický tisk (electrohydrodynamic printing) není takto omezen, zato vyžaduje inkoust určitých elektromagnetických vlastností. Prof.Jennifer Lewis z Harvard University vyzdvihuje výhody nové metody, jejíž vývoj vedla: „Využitím zvukových vln jsme vytvořili novou technologii, která umožňuje tisk nesčetných materiálů pomocí kapky na přání.“ Možnosti akustoforetického tisku (acoustophoretic printing) jsou rozsáhlé. Může se např. podílet na vzniku nových materiálů i vytváření biologických tkání. Pomocí kapiček kovu lze vytvářet i jednoduché třírozměrné struktury.

Základem je tryska umístěná v dutině rezonátoru. Zvukové vlny, jejichž silové působení asi stokrát převyšuje gravitaci, odervou od ústí trysky kapku tiskového inkoustu požadované velikosti. Na začátku videa vidíme tisk medovými kapkami. Požadavky limitující vlastnosti kapalného inkoustu fakticky neexistují. Porovnání prostého odkápnutí medu gravitační silou (vlevo) a akustoforetické odtržení kapky (vpravo) najdeme na tomto videu pro trysku o průměru 70 mikrometrů.

 

Jak pejskové a kočičky pijí?

2.9.2018
Zdroj:
Sunghwan Jung (Virginia Institute of Technology, Blacksburg) et al., 67th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
Zdroj
Pejsek a kočička, Josef Čapek.

Hlouběji vykrojené tváře šelem, které umožňují pořádně rozevřít tlamu a stisknout krk kořisti, znemožňují jednoduché napití pomocí podtlaku v ústní dutině, jak umíme my. Videa natočená rychlými kamerami, z nichž jedná byla umístěna i pod hladinou misky s vodou, přinesla detaily o mechanismu pití šelem. Kočky položí jazyk na vodní hladinu a rychle ho stáhnou zpět. Vytáhnou tím vodní sloupec, jehož horní část jazykem vtáhnou do tlamy. Oproti očekávání psi pijí odlišně. Ohnutý jazyk ponoří do vody a rychlým zatáhnutím vtáhnou vodu do tlamy. „Psi jsou dost chytří, aby tlamu zavřeli dřív, než voda zteče pět do misky,“ doplňuje Sunghwan Jung z Virginia Institute of Technology. Pití koček proto vypadá našima očima kultivovaněji, protože psi cákají všude kolem.

 

Diskuse/Aktualizace