Mikroskop z provázanosti

30.4.2020
Zdroj:
https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2020/april/making-the-invisible-visible.html
Zdroj
Kvantově provázané fotony dopadající na stínítko, foto P.-A.Moreau et al., Imaging Bell-type nonlocal behavior, Science Advances  12 Jul 2019: Vol. 5, no. 7, eaaw2563, DOI: 10.1126/sciadv.aaw2563, https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw2563, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Kvantová provázanost dvou paprsků elektromagnetického záření přinese podstatně lepší informace o vnitřní stavbě buněk než dosavadní metody. Organické sloučeniny, které tvoří buňku, mají řadu typických vibrací právě v infračervené a terahertzové oblasti. Nicméně naše detekční metody jsou zde slabší než pro světla viditelného. Vhodný nelineární krystal rozdělí laserový paprsek na dva, jeden infračervený a jeden viditelný. Přes odlišnou vlnovou délku zůstávají kvantově provázané. Zbytek vysvětluje Dr.Markus Gräfe z Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF: „Zatímco jeden proud infračervených fotonů osvětluje a interaguje s objektem, jeho dvojče ve viditelném spektru zachytává kamera. Protože provázané částice světla nesou stejné informace, vzniká obraz, i když světlo, které dopadá na kameru, nikdy interagovalo se zkoumaným objektem.“

Další výhoda je podstatně nižší intenzita záření nutná k vytvoření obrazu. Můžeme pracovat i v ultrafialové oblasti, která je pro život zhoubná. Zatím jde o laboratorní zařízení. Integrace do jednoho kompaktního přístroje, kvantového rastrovacího mikroskopu, je úkolem nejbližší doby. Na obrázku vidíme kvantově provázané fotony dopadající na stínítko, foto P.-A.Moreau et al., Imaging Bell-type nonlocal behavior, Science Advances 12 Jul 2019: Vol. 5, no. 7, eaaw2563, DOI: 10.1126/sciadv.aaw2563, https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw2563, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Jaroslav Langr 4.5.2020: Domnívám se, že článek je v několika bodech zavádějící. Za prvé, pokud dobře čtu originál, tak se tam uvádí generování dvou laserových paprsků různé vlnové délky, každý se zapletenými fotony. Nikoliv jeden, který se dělí na dva paprsky s různou vlnovou délkou a každý obsahuje zapletené fotony. Za druhé, uvedený obrázek je z jiného experimentu a není žádnou fotografií zapletených fotonů. Ale rozložením dlouhé časové řady registrace jednoho z dvojčete zapletených fotonů na jednotlivé řádky a poté jsou složeny do plochy (pro lepší pochopení experimentu, který má pouze prokázat existenci zapletených dvojic v generovaném paprsku). Tento experiment zobrazující jeden foton z dvojice v čidle není úplně přesný, protože dochází k registraci jednotlivých fotonů ze zapletené dvojice v různých místech a v různém časovém okamžiku (registrace z čidel rozdělené dvojice je propojen datovým spojem, který má různé zpoždění). Viz poznámky ve zhodnocení experimentu. Za třetí, by mělo být řečeno, že výsledkem popisovaného experimentu je teprve složená informace ze dvou "obrazů" (skenů), z infračervené oblasti a z ultrafialové oblasti. Nikoliv jeden obraz ve viditelné oblasti záření.

 

Hmyzu ubývá i přibývá

29.4.2020
Zdroj:
Roel van Klink et al., Science, Science 24 Apr 2020: Vol. 368, Issue 6489, pp. 417-420, doi: 10.1126/science.aax9931
Zdroj
Nahoře četná vodní ploštice bruslařka obecná (Gerris lacustris) z čeledi bruslařkovitých, foto Richard Bartz/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5), https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_strider_Gerris_lacustris.jpg. Často zaměňována za vodoměrku šíthlou Hydrometra stagnorum, na obrázku dole, ploštici z čeledi vodoměrkovitých, ©entomart, volné užití, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydrometra_stagnorum01.jpg.

V korunách strom se stav nemění, na lukách hmyzu ubývá, na vodních plochách přibývá. Rozsáhlá metaanalýza zahrnující 166 dlouhodobých, někdy až 20 let trvajících studií četnosti hmyzu z 1667 lokalit po celé světě ukázala klesající biomasy hmyzu a pavouků po celém světě, avšak s velkými lokálními rozdíly. Nejstarší zahrnuté výzkumy pocházejí z roku 1925. V Evropě a Severní Americe klesá množství na zemi žijícího hmyzu o 9 % za dekádu, vodního hmyzu, jako např. vážek, bruslařek, vodoměrek nebo chrostíků přibývá o 11 % za stejnou dobu. V Asii a Africe je hmyzu spíš víc, i když pro tyto oblasti nemáme tak spolehlivé údaje kvůli nedostatku původních dat.

Sameček vážky žlutavé Sympetrum flaveolum z řádu vážek (Odonata), foto André Karwath aka Aka/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5), https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sympetrum_flaveolum_-_side_(aka).jpg. V zemědělsky vysoce využívaných oblastech hmyzu neubývá. Biologickou rozmanitost studie neřešila. Ekolog Christoph Scherber z Westfälische Wilhelms-Universität Münster, který se na studii nepodílel, vysvětluje: „Jde o zcela normální jev. Růst biomasy hmyzu může znamenat, že určitého hmyzu, ba i škůdců, v zemědělské krajině přibývá. Například čím více pěstujeme obiloviny a řepku, tím více je pestřenek a blýskáčků řepkových.“

 

Teplo dodá elektřinu

28.4.2020
Zdroj:
Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. Iron-based binary ferromagnets for transverse thermoelectric conversion. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z - Shirui Pu et al., Thermogalvanic Hydrogel for Synchronous Evaporative Cooling and Low-Grade Heat Energy Harvesting, Nano Lett. 2020, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00800
Zdroj
Polyakrylamidový gel, který zároveň chladí i vyrábí elektřinu, černá úsečka je 2 cm dlouhá, adapted from Nano Letters 2020, DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00800https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/229500.php.

Informace o dvou zajímavých materiálech, které umožňují z odpadního tepla vyrábět elektřinu, pronikly do odborných publikací. Jeden z nich je vodivý gel, druhý jednoduchá slitina železa s hliníkem Fe3Al nebo galliem Fe3Ga. Využívá anomálního Nernstova jevu, kdy elektrické napětí vzniká ve vodivém magnetickém materiálu kolmo k teplotnímu gradientu. Tenké plátky dopovaného železa generují napětí kolem 5mV/K za pokojové teploty a proudovou hustotu 5 A/m2K.

Schéma Nernstova-Ettingshausenova, anomálního Nernstova (ANE) a Seebeckova jevu.Novost přístupu https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.htmlshrnuje prof. Satoru Nakatsuji? z Tokijské univerzity: „Veškerý výzkum termoelektrické výroby elektřiny se soustředil na využití dobře známého Seebeckova jevu, jehož možnosti jsou omezené. Oproti tomu my jsme se zaměřili na relativně méně známý jev zvaný anomální Nernstův jev (ANE). Tenká pružná struktura, kterou jsme vytvořili, produkuje energii s vyšší účinností než generátory založené na Seebeckově jevu.“ Seebeckův jev spočívá ve vzniku elektrického napětí v důsledku teplotního gradientu. Jde o opak Peltierova jevu. Nernstův jev, též Nernstův–Ettingshausenův jev, spočívá ve vzniku elektrického pole v některých materiálech kolmo na současně působící teplotní gradient a na něj kolmé vnější magnetického pole.

Schéma termogalvanického jevu, při kterém  vzniká elektřina kvůli rozdílné teplotě elektrod.Hydrogel z polyakrylamidu s rozpuštěnou směsí kyanoželeznatanu Fe[CN]64- a kyanoželezitanu Fe[CN]63- nejenom, že produkuje elektřinu z teplotního gradientu, ale zároveň, připlácneme-li ho např. na elektronickou součástku nebo zatíženou baterii, chladí. Na teplejší elektrodě probíhá oxidace hexykyanožeznatanu na hexakyanoželezitan, na chladnější redukce hexakyanoželezitanu na hexakyanožeznatan (viz obr.). Voda se z gelu teplem odpařuje, čímž ho chladí. Původní stav se obnoví ze vzdušné vlhkosti po vypnutí zařízení. Baterii mobilního telefonu při rychlém vybíjení ochladil gel o 20 K a zároveň vyprodukoval elektřinu o výkonu 5 mikrowattů.

 

Aerosol poletuje

27.4.2020
Zdroj:
https://earthobservatory.nasa.gov/images/92654/just-another-day-on-aerosol-earth
Zdroj
Aerosol v zemské atmosféře, červená označuje pevný uhlíkový, modrá vzniklý z mořské vody a fialová prach z pouští, NASA Earth Observatory, GEOS FP, Joshua Stevens.

Na obrázku NASA si můžeme prohlédnout rekonstrukci rozložení aerosolových částic v zemské atmosféře. Červená barva znázorňuje pevný uhlíkový aerosol vzniklý hořením. Nejvíce ho vidíme nad subsaharskou Afrikou a v důsledků rozsáhlých lesních požárů i nad Severní Amerikou a na západ od ní. Konstrukce obrázku proběhla na základě dat z družic k 23.srpnu 2018. Světle modrý až bílý je solný aerosol vznikající z mořské vody. Nejvíce ho vidíme v místě hurikánu Lane poblíž Havaje a tropických cyklón Soulik a Cimaron po řadě u Jižní Koreje a Japonska. Prašné částice z pouští označuje světle fialová až bílá, a to zejména nad Saharou a středoasijskými pouštěmi.

 

Plameňáci se spolčují

26.4.2020
Zdroj:
P.E.Rose, Evaluating the social networks of four flocks of captive flamingos over a five-year period: Temporal, environmental, group and health influences on assortment, Behavioural Processes, Volume 175, June 2020, 104118, doi: 10.1016/j.beproc.2020.104118
Zdroj
Plameňák růžový ve WWT Slimbridge Wetland Centre, foto Arpingstone/Public domain, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Caribbean_Flamingo.jpg.

Překvapivě komplexní sociální vazby panují mezi plameňáky (rod Phoenicopterus, angl. flamingo) v hejnu. Kromě stabilních párů kvůli rozmnožování vytvářejí skupiny i mezi jedinci téhož pohlaví, které vydrží mnoho let. Na druhou stranu existují jedinci, kteří se sobě záměrně vyhýbají. „Naše výsledky ukazují, že společenství plameňáků je složité. Identifikovali jsme páry samců nebo samic a také trojice a čtveřice, které jsou pravidelně spolu. Zdá se, že plameňáci - jako lidé - vytvářejí sociální pouta, zřejmě proto, že je to pro ně výhodné. Při přemísťování ptáků z jedné zoo do druhé bychom měli dbát na to, abychom neoddělili plameňáky, kteří jsou na sebe vázaní,“ https://www.wissenschaft.de/umwelt-natur/flamingos-pflegen-treue-freundschaften/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=wissenschaft.de_21_04_2020hovoří o své práci? první autor publikace Paul E.Rose z University of Exeter.

Hejno letících plameňáků chilských, foto Cláudio Dias Timm from Rio Grande do Sul/CC BY-SA, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phoenicopterus_chilensis_-Tavares,_Rio_Grande_do_Sul,_Brazil_-flying-8.jpg.Studie proběhla mezi lety 2012 až 2016 se čtyřmi skupinami plameňáků v ptačím safari WWT Slimbridge Wetland Centre v jižní Anglii, přičemž vědci kromě zdravotního stavu sledovali sociální kontakty jednotlivých značených plameňáků. Jejich přátelství zůstávala stabilní po celou dobu sledování. Největší skupina čítala na 140 zvířat a ze šesti žijících druhů zkoumali vědci čtyři: plameňáka chilského (P. chilensis), andského (P. andinus), malého (P. minor) a karibského (P.ruber). Zbývající dva, plameňáka Jamesova (P. jamesi) a růžového (P.roseus) do studie nezahrnuli. Plameňáci jsou extrémně dlouho žijící ptáci. Mohou se dožít až 80 let. Někteří jedinci ve WWT Slimbridge Wetland Centre jsou prokazatelně od šedesátých let.

 

Raději houbu, prosím

25.4.2020
Zdroj:
Eberl, F., Fernandez de Bobadilla, M., Hammerbacher, A., Reichelt, M., Gershenzon, J., Unsicker, S., (2020). Herbivory meets fungivory: Insect herbivores feed on plant pathogenic fungi for their own benefit. Ecology Letters. DOI: 10.1111/ele.13506
Zdroj
Samička bekyně velkohlavé, foto Opuntia/CC BY-SA, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lymantria_dispar_8-8-2006_19-20-14.JPG.

Housenky motýla bekyně velkohlavé (Lymantria dispar, angl. gypsy moth) dávají přednost listům topolu napadeným houbou Melampsora larici-populina před zdravou tkání. Mladé housenky dokonce požírají jenom spory houby, a teprve po jejich pozření dojde na vlastní list. První autorka publikace Franziska Eberl z Max-Planck-Institut für chemische Ökologie upřesňuje: „Ať už jde o rzi nebo padlí, mladé housenky se selektivně živily výtrusy a upřednostňovaly infikované listy. Housenky, které konzumují houbami napadené listy, se vyvíjejí rychleji a zakuklí dříve. To jim dává výhodu před sourozenci, kteří se živí zdravými listy. Za rychlejší růst nejspíš odpovídají důležité živiny, jako aminokyseliny, dusík a vitaminy B,“ kterých v tkáni listu nacházíme mnohem méně než v houbě.

Housenka bekyně velkohlavé na listu topolu napadeném houbou Melampsora larici-populina  s typickými žlutooranžovými tečkami, foto Franziska Eberl, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/229590.php, https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/229590.php. Analýza ukázala, že housenky ke tkáni houby přitahuje sacharid mannitol. Jde o zajímavý případ společné evoluce stromu, houby a motýla, kdy houba primárně napadá listy, ale upřednostní houbu. Ukazuje se, že mikroorganismy žijící na rostlinách hrají v této koevoluci větší roli, než jsme se doposud domnívali. Houba Melampsora larici-populina patří do čeledi rzí (Pucciniales) způsobuje chorobu nazývanou rzivost topolu. Tkáň žlutooranžových teček, které se objeví počátkem léta, do podzimu odumírá a mění barvu na černohnědou. Listy schnou a nakonec opadají, při silné infekci i během tří týdnů. Houby rodu Melampsora představují nejrozšířenější patogen topolů (rod Populus, angl. poplar).

 

Déšť spustil sopku

24.4.2020
Zdroj:
Farquharson, J.I., Amelung, F. Extreme rainfall triggered the 2018 rift eruption at Kilauea Volcano. Nature 580, 491–495 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2172-5
Zdroj
Láva sopky Kilauea proudící z pukliny 19.5.2018, foto United States Geological Survey/Public domain, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:USGS_Kilauea_multimediaFile-2062.jpg.

Erupci havajské sopky Kilauea v roce 2018, při které žhavá láva stříkala do výšky 60 metrů a popelem lehla oblast 33 kilometrů čtverečních se stovkami domů, spustil nejspíš vydatný déšť. Před výbuchem roste tlak v magmatické komoře, který okolní terén zvedne i o desítky centimetrů. „Erupce nastane, když je tlak v magmatické komoře dostatečně vysoký, aby rozbil okolní horninu, což magmatu umožní uniknout povrch. Ale v tomto případě nedošlo před erupcí k žádnému významnému nárůstu. Je zajímavé, že když zkoumáme záznamy historických erupcí Kilauey, vidíme, že erupce sopky jsou téměř dvakrát častější v nejmokřejších obdobích roku,“ vysvětluje spoluautor publikace Jamie I. Farquharson z University of Miami. V anglické literatuře bývá výbuch sopky Kilauea v roce 2018 zván též "2018 lower Puna eruption" podle jména okresu, kde exploze proběhla.

Animace puklin a výlevů lávy při výbuchu sopky Kilauea od 12.5. do 14.8.2018, obr.  Phoenix7777/Public domain, Hawaiian  Volcano Observatory, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animation_of_Kilauea_Lower_East_Rift_Zone_Fissures_and_Flows.gif. Co pozorováno bylo, byly extrémní deště, a to i na havajské poměry. Západní, návětrná strana ostrova Hawaii (Big Island), nejrozlehlejšího ze souostroví, patří k místům s největšími srážkami na světě. Ročně tu naprší 8 - 10 metrů vody. Hornina v oblasti je velmi porézní, takže voda může proniknout na kilometry daleko i hluboko. Tlak vody v pórech v hloubce 1 až 3 km narostl před erupcí desetkrát, z 0,1 na 1 kPa, na nejvyšší hodnotu za posledních padesát let. Pevnost horniny poklesla, což usnadnilo pohyb magmatu a nakonec způsobilo erupci. „Pod tlakem magmatu se vlhká hornina rozbije snadněji než suchá hornina. Je známo, že změny v obsahu vody v podzemí mohou způsobit zemětřesení a sesuvy půdy,“ říká druhý autor publikace Frank Amelung rovněž z University of Miami. Vulkanologové již dříve u jiných vulkánů zaznamenali malé výbuchy páry a sopečná zemětřesení vyvolaná průnikem srážkové vody, tak velkou událost pozorovali poprvé.

 

Tajemství modři odhaleno

23.4.2020
Zdroj:
P. Nabais et al. A 1000-year-old mystery solved: Unlocking the molecular structure for the medieval blue from Chrozophora tinctoria, also known as folium, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aaz7772
Zdroj
Chemická struktura barviva chrozoforidinu.

Milovníci chemických sloučenin pocházejících z živých organismů (přírody) jistě uvítají, že se podařilo zrekonstruovat postup výroby a stanovit chemickou strukturu ve středověku oblíbeného ve vodě rozpustného modrého barviva zvaného folium nebo tornasol. Chemicky jde o 6'-hydroxy-4,4'-dimethoxy-1,1'-dimethyl-5'-{[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-yl]oxy}-[3,3'-bipyridine]-2,2',5,6(1H,1'H)-tetraon. Jeho chemickou strukturu vidíme na obrázku. Objev může rozšířit spektrum použitelných přírodních modrých barviv, která nejsou tak častá, jako jiné odstíny. Chrozoforidin (angl. chrozophoridin) získáme ze zralých plodů rostliny Chrozophora tinctoria neboli vratisluň, což je české jméno celého rodu. Rozšířena je od Středomoří po Střední Asii a Pákistán.

Detail plodů rostliny Chrozophora  tinctoria, foto Solanum /CC BY-SA, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ChrozophoraTinctoria.JPG.O nečetnosti modrých barviv v přírodě svědčí i citát z knihy Dva divoši od Ernesta Thompsona Setona (nakladatelství Computer Press, Brno 2005, překlad Dana Krajčová, ISBN 80-251-0851-1, str.178). kdy na otázku hlavního hrdiny Yana „A z čeho se dělá modrá?“ odpovídá Biddy, vnučka sangerské čarodějnice či spíše bylinkářky: „Hospodin nechá v lese vyrůst kdeco, ale já modrou barvu ještě nenašla a nikdá jsem žádnou modrou neviděla. ... , ale žádná čistá modrá v lese nejni, a to taky řikám těm voranžovomodrejm zlosynům, co slavěj 12. červenec, že to, co nestvořil Bůh, je ďáblova práce. ..., a když ji nenajdeš v lese, tak Hospodin nikdá nechtěl, abysme ji měli. Ano! A povidám ti, že je to barva ďáblova, ta modrá a voranžová. Modrá je barva ďáblova, poněvadž síra je žlutá, a když hoří, je v ní vidět modrá, a to mám vod samotný jeho velebnosti – pánbůh mu žehnej!“

Folium, jehož výroba upadla v zapomnění v 19.století, používali ve středověku k ilustrování rukopisů a barvení povrchu sýrů. Přechovávali ho nasáklé v zaschlých látkových klůccích, kterými po navlhčení otírali plochu, jíž chtěli omodřit. Někteří odborníci se domnívají, že jméno tornasol se vztahuje k této technologii a nikoliv pouze k jedinému modrému barvivu.

 

Planeta, která neexistuje

22.4.2020
Zdroj:
New HST data and modeling reveal a massive planetesimal collision around Fomalhaut, András Gáspár, George H. Rieke, Proceedings of the National Academy of Sciences Apr 2020, 201912506; DOI: 10.1073/pnas.1912506117
Zdroj
Porovnání Sluneční soustavy a systému hvězdy Fomalhaut, upraveno podle NASA/ESA, public domain.

První přímo pozorovaná planeta mimo Sluneční soustavu (exoplaneta) jménem Dagon (Fomalhaut b) ve skutečnosti neexistuje. Astronomové v roce 2008 na základě předchozích pozorování Hubbleova kosmického teleskopu určili, že obíhá 25 světelných let vzdálený Fomalhaut, nejjasnější hvězdu souhvězdí Jižní Ryby, ve vzdálenosti 18 miliard kilometrů s oběžnou dobou 870 let. Od té doby Fomalhaut b mizel, až docela zmizel. Neobvyklý jas planety byl od začátku podezřelý, protože planety normálně neodrážejí dost světla své hvězdy, abychom je mohli pozorovat ze Země mimo Sluneční soustavu. Překvapivě chybělo rovněž infračervené záření, které by mladá horká planeta měla vyzařovat. I gravitační působení Dagonu bylo na planetu příliš malé. Při průchodu prstencem kosmické suti nebyly pozorovány charakteristické poruchy.

Hvězda Fomalhaut neboli arabsky tlama ryby září 15 x jasněji než Slunce, foto Davide De Martin/Public domain, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heic0821f.jpg.Dagon nejspíš tvoří jen oblak jemného prachu, který vznikl při srážce dvou těles o průměru 200 km v roce 2004, tedy krátce před začátkem pozorování Hubbleovým teleskopem. V současnosti dosáhl oblak průměru kolem 320 milionů kilometrů a kvůli nízké hustotě již není pozorovatelný. „Naše analýzy, které zahrnují všechna dostupná data z Hubbleova archivu o Fomalhautu, naznačují, že objekt velikosti planety nebyl nikdy exoplanetou. Takové srážky jsou velmi vzácné, takže je štěstí, že jsme skutečně viděli důkazy této srážky,“ shrnuje spoluautor publikace András Gáspár z University of Arizona v Tucsonu.

Erika 22.5.2020: Po čem se Dagon jmenuje Dagon?

Josef Mezera 24.5.2020: Mezinárodní astronomická unie (IAU) vybrala v roce 2014 skupinu planet, včetně objektu Fomalhaut b, která měla projít veřejným pojmenováním exoplanet. Proces zahrnoval veřejnou nominaci vlastních jmen a následné hlasování. V prosinci 2015 ohlásila IAU, že vítězným jménem pro Fomalhaut b je Dagon. Toto jméno navrhl Todd Vaccaro a podporovalo jej planetárium na St. Cloud State University. Jméno Dagon je patrně odvozeno od jména Dagan, což měl být starověký kanaánský bůh, obvykle zobrazovaný jako poloviční člověk a poloviční ryba. Zdroj: https://cs.wikipedia.org/wiki/Fomalhaut_b

 

Čím a proč voní zem?

22.4.2020
Link na videoaktualitu: Čím a proč voní zem?

Novou videoaktualitu můžete shlédnout, když kliknete na to červené tlačítko vpravo.

 

Nesnáze s lokálními zdroji

21.4.2020
Zdroj:
Kinnunen, P., Guillaume, J.H.A., Taka, M. et al. Local food crop production can fulfil demand for less than one-third of the population. Nat Food 1, 229–237 (2020). https://doi.org/10.1038/s43016-020-0060-7
Zdroj
Vzdálenost, ze které mohou obyvatelé jednotlivých oblastí získávat některou ze šesti základních typů rostlinných potravin, obr. Aalto University.

Bylo-by jistě fajn živit se lokálně vyprodukovanými potravinami, jak propagují různé zelené iniciativy. Ve světové měřítku je to proveditelné pouze pro méně než zhruba třetinu populace. Analýza brala v úvahu rozmístění obyvatel a oblasti pěstování šesti základních typů plodin: obilniny mírného pásu (pšenice, ječmen, oves) , rýže, kukuřice,tropické obilniny (čirok a proso), maniok a luštěniny. Konkrétně u tropických obilnin je to 22 % celosvětové populace, 28 % u rýže a 27 % u luštěnin. Pro 26 - 64 % obyvatel Země podle druhu plodiny je vzdálenost, ze které mohou potraviny získat, větší než 1.000 km. První autor publikace Pekka Kinnunen z finské Aaltoské univerzity doplňuje: „Existují velké rozdíly mezi pokrytím různých oblastí. V Evropě a Severní Americe lze získat obilniny mírného pásu většinou do vzdálenosti 500 km. Pro srovnání, globální průměr je 3.800 km.“

 

Ultrarychlý mikroskop

20.4.2020
Zdroj:
Manish Garg, Klaus Kern, Attosecond coherent manipulation of electrons in tunneling microscopy, Science 24 Jan 2020: Vol. 367, Issue 6476, pp. 411-415, doi: 10.1126/science.aaz1098
Zdroj
Schéma fungování řádkovacího tunelového mikroskopu, upraveno podle Michael Schmid and Grzegorz Pietrzak/CC BY-SA 2.0 AT (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/at/deed.en), https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scanning_Tunneling_Microscope_schematic.svg.

Vědci dosud dokázali sledovat procesy na atomové úrovni buď při extrémně vysokém rozlišení nebo při vysoké rychlosti - ale ne obojí. „Kombinací rastrovacího tunelového mikroskopu s ultrarychlými pulzy jsme pohodlně využili výhod obou metod k vyrovnání jejich nevýhod,“ říká jeden z vynálezců, Manish Garg z Max-Planck-Institut für Festkörperforschung. Přesně na hrot rastrovacího tunelového mikroskopu zaostřili speciálně naladěné infračervené laserové pulsy kratší než šest 0,000 000 000 000 001 sekundyfemtosekund?, což je nepředstavitelně krátký okamžik. Bariéra pro tunelování elektronů při ozáření poklesne, takže polohu elektronů lze odečíst z jemného kolísání tunelového proudu.

Nový přístroj můžeme označit za ultrarychlou kameru s vysokým rozlišením pro molekulární svět. Měření může nepřetržitě probíhat několik minut, což je nečekaně dlouho. „Schopnost filmovat elektrony v molekulách v jejich přirozeném prostorovém a časovém uspořádání je zásadní pro pochopení například chemické reaktivity nebo přeměny světelné energie v nabitých částicích,“ vysvětluje druhý vynálezce Klaus Kern, rovněž z Max-Planck-Institut für Festkörperforschung. Navíc nový ultrarychlý mikroskop dokáže nejen pozorovat procesy v kvantovém světě, ale také do nich zasahovat.

 

Lemuři mávají ocasy

19.4.2020
Zdroj:
M.Shirasu et al., Current Biology, 2020, doi: 10.1016/j.cub.2020.03.037
Zdroj
Lemur kata žije pouze na jihu Madagaskaru, foto Mathias Appel/CC0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lemur_(36254433134).jpg, https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.en.

První feromon primátů nalezli vědci u lemurů kata (Lemur catta, angl. ring-tailed lemur). Sexuální feromony k přilákání partnerů nacházíme u mnoha živočišných druhů, od hmyzu po některé savce. U primátů až do nynějška spolehlivě prokázán nebyl. Šéf výzkumu prof.Kazushige Touhara z Tokijské univerzity popisuje výsledky studie: „Jen v období rozmnožování samečci lemurů otírají žlázy na zápěstí o chlupaté ocasy a pak s nimi houpají před samičkami. Takové chování nazýváme flirtování vůní. Pro upřesnění doplňme pana profesora, že inkriminované žlázy nacházíme jen na předních končetinách.

Chemická struktura sexuálních feromonů lemurů kata, seshora dolů 12-methyltridekanal,  tetradekanal a dodekanal.Plynová chromatografie ve spojení s hmotnostní spektrometrií prozradila složení sekretu. Klíčovou roli hrají tři alifatické aldehydy 12-methyltridekanal, tetradekanal a dodekanal, které se v sekretu objevují ve významném množství pouze v době páření. Podle jejich typické ovocně-květinové vůně laboratorní personál rozeznal bez problémů i po čichu, zdali odebrané vzorky pocházejí z doby páření lemurů či nikoliv. Umělé zvýšení hladiny testosteronu u lemuřích samečků vedlo ke zvýšení sekrece těchto sloučenin. Rovněž samičky se o vůni uvedených aldehydů zajímaly jen v období páření.

 

Krakatoa se probouzí

18.4.2020
Zdroj:
https://www.wissenschaft.de/bildervideos/bild-der-woche/aschewolken-ueber-dem-anak-krakatau/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=wissenschaft.de_17_04_2020
Zdroj
Družicový snímek Anak Krakatua z letošního roku, foto NASA Earth Observatory/Landsat 8.

Erupce popela a lávy vulkánu indonésky Dítě KrakatoyAnak Krakatau? zaznamenala družice NASA Landsat 8. Aktivní vulkán a kalderu vzniklou při obrovském výbuchu v roce 1883, který zahubil 36 tisíc lidí, najdeme v Sundském průlivu. Zvýšena aktivita neznamená, že dojde k výbuchu. Stejně dobře se vulkán může zase uklidnit. „Anak Krakatau prodělal v posledních letech jen malé eruptivní epizody, ale mohlo by také dojít k explozi, která vyvolá tsunami,“ vysvětluje vulkanoložka Verity Flower z Goddard Space Flight Center.

 

Parazit bez dechu

17.4.2020
Zdroj:
Dayana Yahalomi et al. A cnidarian parasite of salmon (Myxozoa: Henneguya) lacks a mitochondrial genome, Proceedings of the National Academy of Sciences, March 10, 2020 117 (10) 5358-5363, DOI: 10.1073/pnas.1909907117
Zdroj
Schematický nákres řezu buněčnou organelou mitochondrií, LadyofHats/Public domain.

Buněčné dýchání prostřednictvím buněčných organel mitochondrií je neodmyslitelnou součástí života s buněčnými jádryeukaryontních? organismů včetně nás. Pouze někteří jednobuněční eukaryonti se přizpůsobili anaerobnímu prostředí a nedýchají. Překvapivě existuje i mnohobuněčný tvor, kterému zcela chybí nejen mitochondriální DNA nutná pro dýchání, ale i části jaderné DNA nezbytné pro reprodukci mitochondriální DNA. Lososí parazit Henneguya salminicola prostě nedýchá a energie bere ze svého hostitele pomocí specializovaných bílkovin. H.salminicola je zvláštní příslušník podkmene výtrusenek (Myxozoa) zvaných též rybomorky z kmene žahavců (Cridaria), kam patří též medúzy.

Svaly lososa se zřetelnými cysstami parazita Henneguya salminicola, Flying Penguin at English Wikipedia/Public domain.H.salminicola přebývá ve svalech lososa a tvoří malé bílé cysty pozorovatelné pouhým okem. Po uhynutí lososa a rozpadu tkání se do okolní vody uvolňují spory, na kterých si pochutnají drobní mořští živočichové. Když ty uloví losos, proniknou do jeho svalů a cyklus se opakuje. Kontrolní genetická analýza příbuzné výtrusenky Myxobolus squamalis rovněž parazitující na rybách ukázala bezchybně fungující mitochondrie.

akademon.cz 13.5.2016: Bez mitochondrií

 

Vylepšíme křemík?

16.4.2020
Zdroj:
Fadaly, E.M.T., Dijkstra, A., Suckert, J.R. et al. Direct-bandgap emission from hexagonal Ge and SiGe alloys. Nature 580, 205–209 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2150-y
Zdroj
Na podložce z arsenidu gallitého pokryté zlatými krystalizačními jádry Au (a), necháme epitaxí z trimethylgallia TMGa (Ga(CH3)3) a arsenovodíku AsH3 narůst šesterečné nanosloupečky  arsenidu gallitého (b). Po odstranění zlata Au (c) epitaxí z  hydridu germanitého GeH4 a disilanu Si2H6 pokryjeme jádra rovněž šesterečným pláštěm (d). (e) označuje snímek celého pole nanosloupečků elektronovým mikroskopem. Upraveno podle Fadaly, E.M.T., Dijkstra, A., Suckert, J.R. et al. Direct-bandgap emission from hexagonal Ge and SiGe alloys. Nature 580, 205–209 (2020).

Germanium a slitina germania s křemíkem s šesterečnou krystalovou strukturou mohou emitovat světlo, čímž by mohly způsobit revoluci v mikroelektronice. O integraci elektroniky a optiky v jediném materiálu usilují fyzikové již dlouhou dobu, protože by došlo ke zmenšení a zrychlení součástek. Křemík i germanium jsou stabilní s plošně centrovanou krychlovou strukturu stejně jako diamant. Donutit je krystalovat v soustavě šesterečné je obtížný úkol. Je to možné postupným usazování nanosloupečků z par organické sloučeniny příslušného prvku (epitaxe). Přesný postup vidíme na obrázku.

Vlevo kubická plošně centrovaná krystalová mřížka, vpravo šesterečná. Šéf výzkumu prof.Erik P. A. M. Bakkers z Eindhovenské technologické univerzity uvádí: „Uspěli jsme při vytvoření optických vlastností, které jsou srovnatelné s fosfidem inditým nebo arsenidem gallitým a materiál je stále lepší a lepší. Půjde-li vše dobře, v roce 2020 zhotovíme křemíkový laser. To umožní zapojení optických vlastností do převažují elektronické platformy, což by otevřelo vyhlídky na optickou komunikaci na čipu a na dostupné chemické senzory založené na spektroskopii.“ Uvidíme, zdali se jeho slova potvrdí. Počátkem devadesátých let minulého století stejné nadšení panovalo ohledně luminujícího porézního křemíku připraveného anodickou oxidací za vysoké proudové hustoty. Dnes je porézní křemík zapomenut a součástky z něj neexistují.

 

To to bouchlo!

15.4.2020
Zdroj:
Nicholl, M., Blanchard, P.K., Berger, E. et al. An extremely energetic supernova from a very massive star in a dense medium. Nat Astron (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-020-1066-7
Zdroj
Umělecká rekonstrukce výbubuchu supernovy SN2016aps, obr.Aaron Geller/Northwestern University.

Největší pozorovanou explozi studovali astronomové v uplynulých dvou letech. Nejjasnější supernova SN2016aps vznikla explozí hvězdy o hmotnosti 50 až 100 našich Sluncí vzdálené 4,6 miliardy světelných let. Energie uvolněná výbuchem přesáhla 1021 YJ (yotta joulů), tedy číslo s 44 nulami. Typická supernova vzniká při výbuchu hvězdy o hmotnosti 8 až 15 Sluncí. Extrémní není jen velikost výbuchu, ale i neobvykle množství vzniklého záření, jehož energie přesáhla 5 x 1020 YJ. Normálně se jako záření uvolní asi 1 % energie exploze, zatímco u SN2016aps je to možná až 50%. Ze spektrálních měření vyplývá, že výbuch a vznikající záření přiživila na vesmírné poměry neobvykle hustá plynná obálka (circumstellar medium), jejíž hmotnost zahrnujeme do množství vybuchlé hmoty.

První autor publikace Matt Nicholl z University of Birmingham upřesňuje: „Hvězdy s extrémně velkou hmotou podléhají před zánikem silným pulzacím a setřesou obří plynovou obálku. Může to být způsobeno procesem zvaným párová nestabilita (pair-instability supernova), o kterém fyzici spekulují posledních 50 let. Při správném načasování vybuchující supernova dožene tuto obálku a při kolizi uvolní obrovské množství energie. Myslíme si, že je to jeden z nejpravděpodobnějších kandidátů tohoto procesu, který byl dosud pozorován, a nejspíš nejhmotnější. S SN2016aps se pojí také další hádanka. Plyn, který jsme detekovali, byl většinou vodík. Ale tak hmotná hvězda by obvykle ztratila veškerý svůj vodík díky hvězdnému větru dlouho předtím, než začala pulzovat. Jedním vysvětlením je, že před výbuchem se spojily dvě o něco méně hmotné hvězdy s hmotnostmi kolem řekněme 60 slunečních hmot. Hvězdy s nižší hmotností udrží svůj vodík déle, zatímco jejich kombinovaná hmota je dostatečně vysoká, aby vyvolala párovou nestabilitu.“

 

Podivuhodná cesta opic

14.4.2020
Zdroj:
E.R.Seiffert et al., A parapithecid stem anthropoid of African origin in the Paleogene of South America, Science 10 Apr 2020: Vol. 368, Issue 6487, pp. 194-197, DOI: 10.1126/science.aba1135 - M.Godinot, Rafting on a wide and wild ocean, Science 10 Apr 2020: Vol. 368, Issue 6487, pp. 136-137, DOI: 10.1126/science.abb4107
Zdroj
Kosman bělovousý (Callithrix jacchus, angl.common marmoset), malý ploskonosý primát Nového světa, velký zhruba jako U.perdita, která překročila Atlantik, foto Raimond Spekking.

Dokladem putování opic přes Atlantický oceán jsou čtyři fosilní zuby staré 23 až 34 milionů let nalezené na břehu Rio Yoruba na hranici Peru a Brazílie. Zjevně jde o pozůstatky dosud neznámého poloopice, nártouni a opice včetně člověkaprimáta? pojmenovaného Ucayalipithecus perdita nepříbuzného ostatním druhům opice nového světaploskonosých (Platyrrhini, angl.flat nosed)?. Podivuhodně blízké jsou zubům vymřelé čeledi primátů Parapithecidae, kteří žili v severní Africe před 25 až 50 miliony let. Předkové U.perdita se od ní oddělili zhruba před 35 miliony let. Jedinou možností, jak k tomu mohlo dojít je, že překonali Atlantický oceán. Vzhledem k velkému zalednění na rozhraní třetihorních období eocénu a oligocénu před 34 miliony let byla mořská hladina o mnoho níž, než dnes. Atlantik tehdy dosahoval šíře 1.500 - 2.000 km, což je i tak pro suchozemského tvora o váze stovek gramů obrovská překážka.

Jihoamerická kapybara (Hydrochoerus hydrochaeris, angl. capybara) ze skupiny Caviomorpha  je největší  současný  žijící hlodavec dorůstající až 80 kg, foto Arpingstone/Public domain.„Jde o zcela jedinečný objev.Ukazuje se, že kromě opic nového světa a předků morčat musila i tato třetí linie savců nějakým způsobem uskutečnit neuvěřitelnou transatlantickou cestu,“ soudí první autor publikace Erik R. Seiffert z University of Southern California, Los Angeles. Přes veškerou obtížnost takové transatlantické plavby nejspíše na kusu vegetace urvaném bouří, nešlo o ojedinělou událost. Předci U. perdita jsou pouze třetí skupina savců, kteří podnikli tuto podivuhodnou cestu. Předešli ji předci ostatních opic Nového světa, tzv. ploskonosých opic a předci hlodavců skupiny Caviomorpha, která zahrnuje vyhynulé i řadu současných jihoamerických hlodavců. Jejich předci pocházeli rovněž z afro-arabské oblasti a nikdy nežili v Severní Americe.

 

Více prachu, méně tepla

13.4.2020
Zdroj:
Adeyemi A. Adebiyi, Jasper F. Kok, Climate models miss most of the coarse dust in the atmosphere, Science Advances 08 Apr 2020: Vol. 6, no. 15, eaaz9507, DOI: 10.1126/sciadv.aaz9507
Zdroj
Družicový snímek saharského prachu, který proudí od pobřeží Mauretanie a Senagalu ke Kapverdským ostrovům, foto 2009, Jeff Schmaltz/Public domain.

Klimatické modely zásadně podceňují množství prachu v atmosféře, takže přeceňují ohřev Země způsobený skleníkovým jevem. Sledování proudění prachu ukazuje, že v atmosféře nacházíme čtyřikrát více prachových částic o průměru větším než 0,5 mikrometru (coarse mineral dust), než s čím počítají modely klimatu. Celkem ho v atmosféře poletuje 17 milionů tun. V důsledku toho přeceňují současné klimatickém modely ohřev Zeměkoule o 0,15 W/m2. Celkem by díky lidmi vyprodukovanému oxidu uhličitému mělo na zemském povrchu zůstat o 1 W/m2 více, takže chyba způsobená minerálním prachem je dosti významná. Hlavním zdrojem minerálního prachu je Sahara, lidé ho dodávají asi 30%.

 

Nové centrum domestikace

10.4.2020
Zdroj:
Lombardo, U., Iriarte, J., Hilbert, L. et al. Early Holocene crop cultivation and landscape modification in Amazonia. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2162-7
Zdroj
Porostlé ostrůvky nad nížinou Moxos v severní Bolivii, foto Umberto Lombardo.

Jihozápadní okraj Amazonie je pátou, dosud neznámou oblastí, kde došlo k domestikaci rostlin v raném holocénu asi před 10.000 lety. Ty čtyři předchozí jsou Střední Východ, kde lidé domestikovali obilí a luštěniny, Mezoamerika (kukuřice, fazole a dýně), Čína (rýže) a Andy s brambory a merlíkem chilským (quinoa). Novou oblastí je nížina Moxos (Llanos de Moxos) o rozloze 126.100 km2 na severu Bolivie. Nad tropickou savanu ční přes 4.700 nevysokých kopečků porostlých stromy a keři o průměrné ploše jednoho 0,65 ha. Během období dešťů, kde savanu zaplavuje voda, zůstávají nad hladinou. Archeologicko-antropologický průzkum ukázal, že jde o dílo lidských rukou. Amazonie (Amazonská pánev) není jen tropický deštný prales, ale na okrajích nacházíme i savany, buš, galeriové lesy nebo horské mlžné lesy.

Nalevo ostrůvek Manechi  v rezervaci Barba Azul v severní Bolivii.  Odtud pocházejí nejstarší nálezy zbytků tykve a manioku, foto Umberto Lombardo.Analýza Mikroskopické struktury z oxidu křemičitého, které rostliny vytvářejí ve svých tělech z křemíku z půdy. Jsou typické pro každý rostlinný druh.fytolytů? při průzkumu třiceti pahorků z nich ukázala, že jde o místa, kde místní obyvatelé před 10.250 lety začali pěstovat tykve (rod Cucurbita), před 10.350 roky zvaný též kasava nebo tapiokamaniok? (rod Manihok) a před 6.850 lety kukuřici (rod Zea). První autor publikace Umberto Lombardo z Bernské univerzity k tomu uvádí: „Archeologové, geografové a biologové již řadu let tvrdili, že jihozápadní Amazonie je pravděpodobným střediskem rané domestikace rostlin, protože mnoho důležitých kultivarů, jako je maniok, tykev, arašídy a některé odrůdy chilli papričky a fazolí, jsou geneticky velmi blízké divokým rostlinám, které zde žijí. Až do této nedávné studie však vědci v této oblasti nehledali ani nezkoumali staré archeologické lokality, které by mohly dokumentovat předkolumbovskou domestikaci těchto globálně důležitých plodin. Naše studie ukazuje, že malé komunity se smíšenou ekonomikou začaly formovat amazonskou krajinu asi o 8000 let dříve, než se dosud myslelo.“

akademon.cz 29.10.2014. Jedovatá kasava

 

Co nabízí lógr a sloní trus?

9.4.2020
Zdroj:
Kanai, N., Honda, T., Yoshihara, N. et al. Structural characterization of cellulose nanofibers isolated from spent coffee grounds and their composite films with poly(vinyl alcohol): a new non-wood source. Cellulose (2020). https://doi.org/10.1007/s10570-020-03113-w
Zdroj
Chemická struktura 2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxylového radikálu. Ta černá tečka u atomu kyslíku O značí nepárový elektron.

Lógr z kafe přetvoříme v nadějný materiál budoucnosti. Z použité mleté kávy můžeme připravit celulózová nanovlákna (cellulose nanofibers, zkráceně CNF) reakcí s 2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxylovým radikálem. Chemickou strukturu vidíme na obrázku. Už předpona nano- svědčí o tom, že jde o skvělý materiál budoucnosti. Co není nano není cool ani in :-). Jde o vlákna z makrokolekul celulózy, která mají vysoký poměr délky k šířce. Při délce v mikrometrech průměr dosahuje nanejvýš nižších desítek nanometrů. Většina kávové sedliny v současnosti končí na skládkách, i když někde funguje jako substrát pro pěstování hub, pro výrobu bioplynu nebo jako přídavek do kompostu. Celulóza tvoří polovinu váhy suché kávové sedliny.

Chemická struktura celulózy, nejrozšířenějšího polymeru na Zeměkouli. Najdeme ji ve značném množství v každé rostlině. Konečným cílem podle šéfa výzkumu prof.Izuru Kawamury z Jokohamské národní univerzity „je vytvořit udržitelný recyklační systém s našimi celulózovými nanovlákny v kávovém průmyslu. Stále více restaurací a kaváren nesmí používat brčka na jedno použití. V souladu s tímto trendem chceme vytvořit průhledný šálek na kávu a brčko na jedno použití z materiálu s obsahem celulózových nanovláken z použité mleté kávy. Doposud se vyrábějí z produktů zpracování dřeva, jako např. buničina.“

Elektronické obvody z arsenidu gallitého GaAs na pružné biodegradabilní podložce z nanocelulózy,  CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.en, via Wikimedia Commons, Jung, Y.H. et al. High-performance green flexible electronics based on biodegradable cellulose nanofibril paper. Nat. Commun. 6:7170 doi: 10.1038/ncomms8170 (2015).Kompozitní materiály z plastů a CNF dosáhnou při nižší hmotnosti pevnosti oceli, takže možná brzy půjde o klíčovou surovinu v automobilovém průmyslu. Jedním z řešení, jak vyhovět stále přísnějším emisním normám, je celkové vylehčení konstrukce. 3D tisk z pryskyřice s nanovlákny představuje dobře zvládnutou technologii, což může vést k řadě dalších aplikací. Nanocelulóza má i řadu jiných použití, můžeme z ní připravit i pružné folie, pěnu nebo gel, takže lze využít např. jako nekalorická zahušťovací přísada do omáček. Možná půjde brzy o značně vyhledávanou a ceněnou komoditu.

Budoucí farma na výrobu celulózových nanovláken? Sloni u Okaukuejo v rezervaci Etosha v severní Namibii 2016, foto Vaclav Ourednik.Jako zdroj CNF může sloužit i trus slona, který stráví jen 30 - 40 % rostlinné potravy, kterou sežere. Mechanické a enzymatické působení při nízkém pH žaludku běžná rostlinná celulózová vlákna rozmělní na nanovlákna. Ostatní složky trusu lze odstranit pomocí roztoku hydroxidu sodného. „K výrobě nanocelulózy potřebujete hodně energie, ale s trusem jako výchozím materiálem můžete snížit počet kroků, které musíte provést, jednoduše proto, že zvíře už rostlinu rozžvýkalo a působilo na ni kyselinou a enzymy. Nanocelulózu, která má stejné nebo dokonce lepší vlastnosti než nanocelulóza ze dřeva,můžete vyrobit levněji s nižší spotřebou energie a chemikálií,“ uvádí Andreas Mautner z Vídeňské univerzity.

 

Struskou zpevníme beton

7.4.2020
Zdroj:
R.Roychand et al., Recycling steel slag from municipal wastewater treatment plants into concrete applications – A step towards circular economy, Resources, Conservation and Recycling, Volume 152, January 2020, 104533, DOI: 10.1016/j.resconrec.2019.104533
Zdroj
Mikroskopický snímek rozhraní mezi pískem (vlevo), upravenou (střed) a neupravenou (vpravo) struskou a cementovou výplní, obr.RMIT University.

Pevnější beton vytvoří přídavek upravené strusky, vedlejšího produktu při výrobě oceli. Doposud se v surové podobě přidávala jako pojivo do betonu nebo používala při úpravě vody pro odstranění zejména fosforečnanů, ale i křemičitanů, hlinitanů anebo kationtů hořčíku, železa i vápníku. Protože 1 g strusky pohltí 3,8 mg fosforečnanů, účinnost při jejich odstraňování z vody je vysoká, až 90%. Po vyčerpání se absorpční kapacita strusky obnovuje jen obtížné a nákladně. Klíčem k o 17 % pevnějšímu betonu je propojení obou procesů. Do betonové směsi se přidá až struska po nasycení při úpravě vody, tedy obohacená o řadu minerálních látek. Rentgenová strukturní analýza ukázala, že zachycení anorganických sloučenin z vody způsobilo výraznou změnu struktury povrchu pórů. Jak vidíme na obrázku, propojení mezi upravenou struskou a cementovou matricí je mnohem plynulejší, a tudíž pevnější.

„Celosvětově ocelářský průmysl produkuje ročně přes 130 milionů tun ocelářské strusky. Spousta tohoto vedlejšího produktu se již do betonu přidává, ale nevyužíváme plných výhod tohoto materiálu. Vytvoření pevnějšího betonu vyžaduje prostě, abychom strusku nejprve použili k čištěné odpadních vod. I když existují technické problémy, které musíme překonat, doufáme, že tento výzkum nás posune o krok blíže ke konečnému cíli, kterým je integrované bezodpadové zpracování všech surovin a vedlejších produktů,“ říká spoluautor publikace Biplob Kumar Pramanik z RMIT University v australském Melbourne.

 

Genetika povodí

6.4.2020
Zdroj:
Naiara Guimaraes Sales et al., Fishing for mammals: Landscape-level monitoring of terrestrial and semi-aquatic communities using eDNA from riverine systems, Journal of Applied Ecology, 2020: doi: 10.1111/1365-2664.13592
Zdroj
Jezevec evropský (Meles meles, angl. Europaen badger), jeden z vysledovaných živočichů, kallerna/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0).

Savce, kteří žijí v povodí vodního toku, lze identifikovat podle částí jejich DNA ve vodě. Vzhledem k rozsáhlým informacím o genomu řady živočichů můžeme jejich přítomnost určit podle genetického materiálu, který se do vody dostane třeba s trusem. Platí to pro ryby a obojživelníky, použitelnost metody i pro savce nyní prokázala analýza vzorků vody odebraných z anglických a skotských potoků, říček a řek. Identifikovali v nich DNA více než 20 savců vyskytujících se v povodí jednotlivých vodních toků, od hrabošů přes jezevce a lišky až po jeleny. Výsledky se shodovaly s údaji, které byly v příslušných oblastech získány jinými metodami.

Jelen evropský, (Cervus elaphus, angl. red deer) leden z identifikovaných savců, Sonya7iv/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).Savce vzhledem k jejich inteligenci je nejobtížnější sčítat. „K jejich zjištění a sledování se proto používají jiné metody, jako je vyhledávání otisků nohou, výkalů nebo nasazení fotopastí. Jde však o složité a drahé metody. Komplikované metody již možná nebudou brzy nutné. Snad postačí odebrat několik lahví vody, vzít je do laboratoře a analyzovat DNA. Ukázali jsme, že environmentální DNA získaná z vody nám může poskytnout informace o přítomnosti nebo nepřítomnosti savců kvůli ochraně přírody. Lze toho široce využít ke sledování úbytku nebo obnovy populací nebo k včasnému odhalení invazivních druhů,“ říká spoluautor Allan McDevitt z University of Salford.

 

Puls odměříme zdaleka

5.4.2020
Zdroj:
Al-Naji, A.; Tao, Y.; Smith, I.; Chahl, J. A Pilot Study for Estimating the Cardiopulmonary Signals of Diverse Exotic Animals Using a Digital Camera. Sensors 2019, 19, 5445
Zdroj
Koala medvídkovitý (angl.koala, Phascolarctos cinereus), jedno ze zvířátek, kterému na dálku měřili tep a dechovou frekvenci, foto Diliff/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0).

Provést základní veterinární vyšetření u velkých zvířat je problém. Těžko bude 200 kg těžkému gorilímu samci anebo tygrovi vysvětlovat, že těsný kontakt nutný pro měření tepové nebo dechové frekvence je pro jejich dobro. Testy v zoologické zahradě v australském Adelaide ukázaly, že stačí pomocí umělé inteligence vyhodnotit video pořízené běžnou kamerou. Spoluautor publikace Javann Chahl z University of South Australia dodává: „Experimentálně jsme prokázali, že digitální fotoaparáty dokážou úspěšně získat kardiopulmonální signály od zvířat v prostředí zoo. Tato technologie vyžaduje zdokonalení a další testování, ale ukazuje se, že u volně žijících zvířata můžeme na dálku diagnostikovat známky onemocnění.“ Uvážíme-li, že velká zvířata je třeba i pro základní vyšetření uspat, jde o velké zjednodušení.

 

Mikrobiom stárne s námi

4.4.2020
Zdroj:
Shi Huang et al., mSystems Feb 2020, 5 (1) e00630-19; DOI: 10.1128/mSystems.00630-19
Zdroj
Dvojice běžných kožních bakterií Staphylococcus epidermidis na snímku rastrovacího elektronového mikroskopu, foto Janice CarrContent Providers(s): CDC/Segrid McAllister/Public domain.

Složení mikrobiomu, mikroorganismů žijících na a v našich tělech, se s věkem mění. Funguje to i obráceně, ze složení mikrobiomu lze určit věk. Studie zahrnula mikrobiologickou analýzu 4.434 vzorků stolice, 2.550 vzorků slin a 1.975 vzorků kůže pokusných osob ve věku od 18 do 90 let. Po zpracování výsledků metodou strojového učení můžeme říci, že nejpřesněji lze věk určit pomocí bakterií žijících na kůži, a to s přesností kolem 3,8 roku. Přesnost stanovení stáří podle ústního mikrobiomu je 4,5 roku a nejméně přesný je střevní mikrobiom s 11,5 roky. Forenzní nauka dospěla k podobnému zjištění. Dobu, která uplynula od úmrtí lze lépe určit pomocí kožního mikrobiomu nežli pomocí střevního anebo mikroorganismů v okolní půdě. Spojitost kožního mikrobiomu s věkem možná způsobuje stárnutí samotné kůže. S věkem klesá produkce kožního mazu i vlhkost.

„Naše výsledky dokládají možnosti využití strojového učení a umělé inteligence k lepšímu porozumění lidským mikrobiomům. Aplikace této technologie v budoucích studiích by mohla pomoci získat hlubší vhled do propojení mikrobiálních společenství s naším zdravím a mnoha nemocemi,“ uvádí spoluautor publikace Ho-Cheol Kim z IBM Research v kalifornském Almadenu. Odebrané vzorky kožních mikroorganismů pocházely především z dlaní a čela. Bylo by zajímavé sledovat i vývoje složení mikrobiomu v podpaží. Jeho působení na sekrety podpažních žláz vytváří tzv. vzájemnou chemii, pachy klíčové pro sexuální přitažlivost.

akademon.cz 31.7.2019 Parkinson začíná v bříše?

akademon.cz 22.5.2011: Střevní metagenomika

 

Prales rostl v Antarktidě

3.4.2020
Zdroj:
Klages, J.P., Salzmann, U., Bickert, T. et al.: Temperate rainforests near the South Pole during peak Cretaceous warmth, Nature, 580, 81–86 (2020), DOI: 10.1038/s41586-020-2148-5
Zdroj
Nahoře možný vzhled křídového antarktického pralesa, dole jižní polární oblast v době vzniku usazenin před nějakými 90 miliony let, obr. Alfred-Wegener-Institut, James McKay, Creative Commons licence CC-BY 4.0.

Pode dnem Amundsenova moře leží vrstva usazenin napěchovaná kořeny, pylem a výtrusy rostlin ze svrchní křídy, poslední období druhohor (mezozoika). Jde o jednoznačný důkaz, že v té době v dnes chladných antarktických oblastech rostl deštný prales. Spoluautor výzkumu prof. Ulrich Salzmann z Northumbria University vysvětluje: „Četné zbytky rostlin naznačují, že před 83 až 93 miliony let bylo pobřeží Západní Antarktidy bažinatou krajinou porostlou deštným pralesem mírného pásu, podobným lesům, které i dnes nacházíme např. na Jižním ostrově Nového Zélandu,“. Šlo o prales velmi zvláštní, protože sklon Země byl stejný jako dnes, a tedy i polární noc. Rostliny musely přežít několik měsíců bez fotosyntézy. Srovnatelné pralesy Nového Zélandu dnes leží o dobrých 35 zeměpisných stupňů severněji.

Výzkumný německý ledoborec RV Polarstern u Pine Island Glacier, foto J.P. Klages, Alfred-Wegener Institut.O vzorcích získaných pomocí vrtného zařízení MARUM-MeBo70 na německém výzkumném ledoborci RV Polarstern říká Dr Johann Klages z Alfred-Wegener-Institute: „Neobvyklé zbarvení usazenin rychle přilákalo naši pozornost; zřetelně se lišilo od vrstev nad nimi. Nadto první analýzy ukázaly, že jsme v hloubce 27 až 30 metrů pod mořským dnem nalezli vrstvu, která vznikla na pevnině, nikoliv v oceánu.“ Usazeniny vznikaly koncem křídy na 82° jižní šířky, nějakých 900 km od jižního pólu, tedy blíže, než leží dnes. Fosilie v nich jsou tak zachovalé, že průzkum pomocí počítačové tomografie odhalil i buněčnou strukturu zkamenělých rostlinných těl.

Pavel 5.4.2020: Tou dobou vvypadaly zcela jinak mořské proudy. Antarktida byla propojená s Jižní Amerikou a naopak neexistovalo spojení mezi Jižní a Severní Amerikou, takže Antarktida byla ohřívána vodními masami proudícími z tropů (bylo to mnohem lepší topení než dnešní Golfský proud). Až propojení Severní a Jižní Ameriky toto topení zcela vypnulo a od té doby je v Antarktidě mráz (ale zase v Evropě teplo).

Franta Flinta 27.5.2020: Byl tenkrát na pólech led?

28.5.2020: Nejspíš ano, ale mnohem méně než dnes.

 

Kde vzít měď?

2.4.2020
Zdroj:
Johan García Zaldúa et al. Copper Smelting at the Archaeological Site of El Manchón, Guerrero: From Indigenous Practice to Colonial-Scale Production, Latin American Antiquity (2020). DOI: 10.1017/laq.2019.105
Zdroj
Pád Tenochtitlanu ze série dobytí Mexika, olej neznámého mexického malíře ze druhé poloviny 17.století, Unknown author/Public domain.

Technologická převaha Evropanů oproti původním obyvatelům Ameriky byla značná, ale nikoliv stoprocentní. Archeologicko-historická studie ukázala, že Španělé po dobytí Mexika možná až 200 let záviseli na dodávkách mědi od původních obyvatel. Spoluautorka studie profesorka Dorothy Hosler z MIT uvádí: „Z listin víme, že Evropané zjistili, že jediný způsob, jak získat měď, bylo spolupracovat s místními obyvateli, kteří ji vyráběli. Museli uzavírat obchody s domorodými hutěmi.“ Měď potřebovali Španělé nejen na kotle a pánve, ale i na mince a zejména děla. Dělové hlavně se původně odlívaly ze zvláštního druhu bronzu zvaného dělovina. Na počátku 16. století neměli Španělé žádnou vlastní zkušenost s výrobou mědi, protože tento kov dováželi na Pyrenejský poloostrov ze střední Evropy již stovky let předtím.

Informace listinného původu potvrzuje archeologický průzkum zbytků měďařské huti se zbytky pecí a hromadami strusky v lokalitě El Manchón v mexickém státě Guerrero, která fungovala v letech 1250 až 1830. Analýza strusky ukázala, že některá vznikala za teploty kolem 1.150 °C, které je možné dosáhnout jen při dmychání měchy. Pouhé foukání nestačí. Dodávka měchů nejspíš kvůli zvýšení objemu produkce je španělský příspěvek do technologie. Zároveň dokazuje, že huť fungovala ještě dlouho v koloniální éře. Součástí smluv byly i dodávky nástrojů na kutání měděné rudy z indiánům neznámého železa.

Franta Flinta 23.4.2020: Nepíše se Indián s velkým I?

25.4.2020: S velkým I se píše Indián, pokud máme na mysli nějakou konkrétní skupinu indiánů, např. Apače, např. „Starý Apač lovil. Ten Indián pamatoval už mnoho zim.“ Rasy se píší s malými písmeny, běloši, černoši, indiáni, asiaté, protože podle genderových výzkumů žádné neexistují :-).

 

Nebezpečné křížení

1.4.2020
Zdroj:
Orfanik J., Camaret M., Roch, T., SARS-Cov-2 Negarrency Transformation, T., J.Irreprod.Res., 2020, DOI: 10.1003/jire.2001048115
Zdroj
Antikryptoměna, výsledek křížení mezi virem a virtuální měnou.

Do podoby tzv. antikryptoměny (angl. antirrency) se transformoval virus SARS-CoV-2. Jde o změnu tak zásadní, že odborníci pro něj používají nové pojmenování korunavir, slangově korunažer. Po napadení bankovního účtu dochází k anihilační reakci mezi tam uloženou měnou a antikryptoměnou, která zcela vynuluje zůstatky účtů. Korunavir přednostně napadá všechny, které ještě v podobě SARS-CoV-2 nejprve přinutil k zastavení živností či podnikání nebo které připravil o zaměstnání. Česká národní banka připravuje ustavení krizového štábu v čele s majorem finančního účetnictví Sekundulou.

 

Diskuse/Aktualizace