Umí pavouk počítat?

27.7.2017
Skákavka africká (Portia africana) na fotografii Fiony Cross (Fiona R. Cross et al., Representation of different exact numbers of prey by a spider-eating predator, Interface Focus 2017, DOI: 10.1098/rsfs.2016.0035).

Pokusy se skákavkou africkou (Portia africana) z řádu pavouků (Araneae) ukazují, že chápou změnu v počtu příslušníků potenciální kořisti. Jakožto dravý pavouk potravu loví, takže se k ní musí přiblížit. V důmyslném zařízení skákavka nejprve spatřila několik pavouků snovaček (rod Argyrodes), aby na ně při přiblížení ztratila výhled. Po dalším přiblížení, když opět získala výhled na kořist, lišilo se její chování podle toho, zdali snovaček byl shodný nebo odlišný počet. Skákavku africkou vidíme na fotografii Fiony Cross (Fiona R. Cross et al., Representation of different exact numbers of prey by a spider-eating predator, Interface Focus 2017, DOI: 10.1098/rsfs.2016.0035).

Napodobování u lidí a šimpanzů

26.7.2017
Zdroj:
Clay, Z. and Tennie, C. (2017), Is Overimitation a Uniquely Human Phenomenon? Insights From Human Children as Compared to Bonobos. Child Dev. doi:10.1111/cdev.12857
Zdroj
Šimpanz bonobo neboli Pan paniscus (Foto Evanmaclean 2008, via Wikimedia Commons, volné užití). Typickým znakem tohoto druhu jsou chlupy přerůstající přes uši.

Mláďata hominidů se učí napodobováním dospělých. Nedávné experimenty ukázaly, že zde najdeme rozdíly mezi člověkem a lidoopy, konkrétně šimpanzem. Děti napodobují dospělé, i když nechápu bezprostřední smysl činnosti. Mláďata šimpanzů bonobo (Pan paniscus) nikoliv. Pokusy proběhly se 77 dětmi ve věku 3 až 5 let v Birmingham Science Museum a se 46 mláďaty šimpanze bonobo, která žijí v přírodních podmínkách v rezervaci v Demokratické republice Kongo. Dospělý předvedl akci s dřevěnou krabičku s odměnou uvnitř. Odklopení víčka předcházely nesmyslné úkony, jako mávání rukou nebo pojíždění prstem po povrchu. Na rozdíl od bonobů naprostá většina dětí spontánně nepodstatné činnosti opakovala. Experimentátoři spekulují, zdali nepřišli na stopu vzniku rozdílů mezi lidmi a lidoopy. Šimpanze bonobo vidíme na obrázku (Foto Evanmaclean 2008, via Wikimedia Commons, volné užití). Typickým znakem tohoto druhu jsou chlupy přerůstající přes uši.

Obsazeno!

25.7.2017
Zdroj:
Georgis, R. et al. Successes and failures in the use of parasitic nematodes for pest control. Biological Control 38, 103–123, doi:10.1016/j.biocontrol.2005.11.005 (2006)
Zdroj
Nahoře struktura alkoholu prenolu (3-methyl-2-buten-1-ol), dole hlístice opouštějící zbytek těla larvy motýla zavíječe voskového (foto US Department of Agriculture, public domain, via Wikimedia Commons).

Řada druhů kmene hlístic (Nematoda) parazituje na hmyzu. Pronikají tělními otvory dovnitř, rozmnoží se a nakonec pomocí jedovatých bílkovin svého hostitele zabijí. Zároveň pozmění metabolismus hostitele, takže začne emitovat těkavý alkohol zvaný prenol, 3-methyl-2-buten-1-ol. Jeho strukturu vidíme na obrázku nahoře. Odpuzuje další hlístice, které dají přednost neinfikovanému hmyzu. Experimenty proběhly s hlísticemi Steinernema carpocapsae, S. glaseri a S. riobrave. Hlístice, drobní několikamilimetroví červíci, představují jednu z nejpočetnějších a nejrozšířenějších skupin živočichů. Na obrázku dole (foto US Department of Agriculture, public domain, via Wikimedia Commons) vidíme hlístice opouštějící zbytek těla larvy motýla zavíječe voskového.

Laser v akci

24.7.2017

Po rocích testů a zkoušek nasazuje americké námořnictvo laserovou zbraň do aktivní služby. Nese ji obojživelné vyloďovací plavidlo U.S.S. Ponce a jde o první laserovou zbraň v aktivní službě na světě. Slouží k ničení drobných vzdušných a plovoucích cílů, jako jsou např. drony nebo malé čluny. Fungování najdeme na videu. Snadné zaměřování a nízká cena palby představují nepopiratelnou výhodu.

Hydraulická ryba

23.7.2017
Zdroj:
Pavlov el al., Hydraulic control of tuna fins: A new role for the lymphatic system in vertebrates, Science  21 Jul 2017: Vol. 357, Issue 6348, pp. 310-314, DOI: 10.1126/science.aak9607
Zdroj
Tuňák obecný (Thunnus thynnus) z čeledi makrelovitých (U.S.NOAA via Wikimedia Commons).

Lymfatický systém ryb čeledi makrelovitých (Scombridae) má na rozdíl od savců kromě podílu na udržování vnitřního prostředí a imunitě ještě další významnou roli. Vytváří hydraulický systém, který se spolu se svalstvem a kostmi podílí na tuhosti a pohybech hřbetních ploutví. Tuňáka obecného (Thunnus thynnus) z čeledi makrelovitých vidíme na obrázku (U.S.NOAA via Wikimedia Commons) anebo v pohybu na tomto videu (MBARI).

Vodní skener

22.7.2017
Robotická ruku namáčející skenovaný předmět, vlevo zrekonstruovaná podoba (foto  ACM SIGGRAPH 2017).

Tvar třírozměrného tělesa lze digitalizovat na základě jeho pomalého zanořování do kapaliny podle Archimedova zákona. Ponořená část vytlačí odpovídající objem vody, jež lze určit na základě vzestupu hladiny. Z těchto údajů můžeme zrekonstruovat vzhled tělesa. 3D skener na základě Archimedova zákona zkonstruoval izraelsko-čínsko-kanadský tým. Poprvé zařízení předvedou veřejnosti na letošní konferenci SIGGRAPH, která proběhne v Los Angeles ve dnech 30.7. - 3.8. Na dobrý výsledek potřebujeme tak tisíc ponorů pod různými úhly, takže jde o mnohem pomalejší zařízení, než běžně užívané skenery optické. Na druhou stranu lze bez problémů celou práci na mnohem jednodušším a levnějším zařízení svěřit robotu. Další výhodou je, že vyduté (konkávní) i jinak skryté tvary a povrchy s velkými rozdíly v odrazu světla nepředstavují problém. Na obrázku vidíme robotickou ruku namáčející skenovaný předmět, vlevo zrekonstruovanou podobu (foto ACM SIGGRAPH 2017).

Více o vodním 3D skeneru a průběhu skenování lze shlédnout na tomto videu.

Pneumatický robot

21.7.2017
Zdroj:
E.W.Hawkes et al., A soft robot that navigates its environment through growth, Science Robotics  19 Jul 2017: Vol. 2, Issue 8, eaan3028, DOI: 10.1126/scirobotics.aan3028
Zdroj
Kamera na přední části pneumatického robota (L.A. Cicero/Stanford University).

Robotická hadice, která se pohybuje díku nafukování přední části svého těla, vznikla na kalifornských univerzitách ve Stanfordu a Santa Barbaře. V akci ji můžeme shlédnout na tomto videu. Při pohybu se elastický vnější obal nerozpíná, ale zejména odvíjí z cívky v základně robota, a to rychlostí až 10 m/s do délky 72 m. Při kontrakci se navíjí zpět. Oboje můžeme shlednout zde. Otáčení do stran umožňuje elastická přepážka, která rozděluje vnitřek na dva prostory. Rozdílný tlak vede k nerovnoměrnému protahování, a tím k zatáčení. Pohyb řídí procesor SLA 2000 na základě vyhodnocení snímků z videokamery na přední části těla (viz obr. - L.A. Cicero/Stanford University). Po vyhodnocení polohy cíle otevírá elektromagneticky ovládané ventily, aby dosáhl pohybu vpřed, doleva nebo doprava.

Suchozemské stromatolity

20.7.2017
Zdroj:
https://news.ucsc.edu/2017/07/origin-life.html
Zdroj
Současné stromatolity v australské Shark Bay (foto Paul Harrison, CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons).

K zajímavým závěrům dospěla Tara Djokic, studentka PhD z University of New South Wales Sydney, během tříletého výzkumu zkamenělých stromatolitů v lokalitě Pilbara v Západní Austrálii. Stromatolity jsou vápenaté bochníkovité vrstevnaté usazeniny biogenního původu. Vznikaly působením sinic a bakterií před miliardami let v mělkých slaných mořích chudých na kyslík nejspíš po celé tehdejší Zemi. Nejstarší fosilie nacházíme právě v oblasti Pilbara. Dosahují věku až 3,7 miliardy let a jde o nejstarší dochované projevy pozemského života. Např. v australské Shark Bay přežily až do dnešní doby (viz obr. - foto Paul Harrison, CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons). Fosilie stromatolitů, které zkoumalia Tara Djokic, nevznikly v mělkém moři, ale v prostředí termálních pramenů na suché zemi. Svědčí o tom složení a struktura usazených hornin v okolí. Znamená to, že život se na pevné zemi objevil mnohem dříve, než před dosud akceptovanými 580 miliony let.

Nejstarší fosilie - akademon.cz 1.9.2016

Nový chlorofyl - akademon.cz 1.9.2010

Nejstarší fosilie nebo útvary neživé přírody? - akademon.cz 26.3.2002

Jinak na amoniak

19.7.2017
Zdroj:
J.M. McEnaney et al., Ammonia synthesis from N2 and H2O using a lithium cycling electrification strategy at atmospheric pressure, Energy Environ. Sci., 2017,10, 1621-1630
Zdroj
Reakční schéma přípravy amoniaku pomocí lithia.

Amoniak NH3, klíčová průmyslová chemikálie, se připravuje tzv.Haber-Boschovou syntézou přímým slučováním dusíku a vodíku za přítomnosti kovového katalyzátoru při teplotě 400 až 500 oC a tlaku 15 - 25 MPa. Využívá se zejména pro přípravu průmyslových hnojiv. Na zajímavé alternativě výroby amoniaku pracují chemici z kalifornské Stanfordovy univerzity. Nejprve nechají kovové lithium reagovat s dusíkem na nitrid lithný Li3N. Po rozkladu vodou z něj vzniká amoniak a hydroxid lithný LiOH, jehož teplota tání činí 450 oC. Elektrolýzou jeho taveniny vzniká opět kovové lithium pro další reakci s dusíkem. S výjimkou této reakce probíhají obě zbývající za normální teploty a tlaku. Nevýhodu představuje elektrolýza, což je doposud nákladný proces. Nicméně klesající cena a rostoucí účinnost fotovoltaických článků možná vyřeší i tento problém. Reakční schéma najdeme na obrázku.

Unikátní záběry

18.7.2017
Zdroj:
M. Leppänen, L.-R. Sundberg, E. Laanto, G. M. de F. Almeida, P. Papponen, I. J. Maasilta, Adv. Biosys. 2017, https://doi.org/10.1002/adbi.201700070
Zdroj
Kolonie bakterií E.coli napadené T4 bakteriofágem (M. Leppänen, L.-R. Sundberg, E. Laanto, G. M. de F. Almeida, P. Papponen, I. J. Maasilta, Adv. Biosys. 2017, https://doi.org/10.1002/adbi.201700070 ).

kolonie bakterií Escherichia coli napadené bakteriofágy T4 zhotovili fyzikové z finské Jyväskylské univerzity pomocí heliového ionotového mikroskopu. Jde o analogii staršího a známějšího elektronového mikroskopu. K vytvoření obrazu používá místo elektronů hmotnějších iontů helia He+, které umožňují rozlišení až 0,24 nanometru. Dosažitelné rozlišení elektronového mikroskopu je 1,2 nm. Jeden z výsledků jejich práce vidíme na obrázku (M. Leppänen, L.-R. Sundberg, E. Laanto, G. M. de F. Almeida, P. Papponen, I. J. Maasilta, Adv. Biosys. 2017, https://doi.org/10.1002/adbi.201700070 ).

Spin v chemii

17.7.2017
Zdroj:
W.Mtangi et al., Control of Electrons’ Spin Eliminates Hydrogen Peroxide Formation During Water Splitting, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 2794-2798, DOI:10.1021/jacs.6b12971
Zdroj
Typický příklad chirální molekuly představuje aminokyselina alanin CH3CH(NH2)COOH, jejíž dvě možné struktury vidíme na obrázku. Šedivé koule značí atomy uhlíku, modré kyslíku, zelené dusíku a červené vodíku.

Účinnost elektrolýzy vody snižuje vznik peroxidu vodíku H202 jako vedlejšího produktu. Vzniká spojením dvou radikálů OH., ke kterému může dojít jenom, pokud nepárové elektrony v obou radikálech mají opačný spin (kvantový vnitřní moment hybnosti). Pokud by na anodě vznikaly pouze radikály OH. s paralelními spiny, produkce peroxidu vodíku by výrazně poklesla a účinnost elektrolýzy vody na vodík a kyslík by vzrostla. Přesně k tomu dojde, když povrch elektrody z oxidu titaničitého TiO2 pokryjeme jedním izomerem chirální organické polovodivé molekuly, konkrétně triarylaminy nebo porfyriny se zinečnatým kationtem Zn2+. Chirálními nazýváme molekuly stejného složení a struktury, pokud existují ve dvou strukturách, které se k sobě mají jako předmět a jeho obraz v zrcadle. Zároveň není možné je ztotožnit žádným pohybem, např. otáčením. Zpravidla jde o sloučeniny s atomem uhlíku, na který se váží čtyři odlišné skupiny. Typický příklad je molekula aminokyseliny alaninu CH3CH(NH2)COOH, jejíž dvě možné chirální struktury vidíme na obrázku. Šedivé koule značí atomy uhlíku, modré kyslíku, zelené dusíku a červené vodíku.

Čich a obezita

14.7.2017
Zdroj:
C.E.Riera et al., The Sense of Smell Impacts Metabolic Health and Obesity, Cell Metabolism, Volume 26, Issue 1, p198–211.e5, 5 July 2017, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2017.06.015
Zdroj
Porovnání byši s čichem a bez čichu, Céline Riera & Andrew Dillin, UC Berkeley.

Pokusy na laboratorních myších ukazují, že vůně potravy přináší organismu informaci, jak naložit s energií, jíž jejím pozřením získá. Po odstranění čichových receptorů nepřibíraly myšky zdaleka tolik, jako jejich kolegyně se zdravým čichem, přestože jedly naprosto shodnou, tučnou potravu. Zjevně existuje významné propojení mezi čichovými receptory a částí mozku, která řídí metabolismus, zejména hypothalamem. Myši bez čichu vyráběly mnohem více tepla pomocí hnědé tukové tkáně. Objevitelé spekulují, že mozek myši bez čichu se domnívá, že je již najedena, takže může více plýtvat. Čich hladových myší je výrazně citlivější než sytých, protože slouží primárně k vyhledání potravy. Porovnání obou typů myší vidíme na obrázku (Céline Riera & Andrew Dillin, UC Berkeley).

Střevo místo srdce

12.7.2017
Zdroj:
H. Arthur Woods, Steven J. Lane, Caitlin Shishido, Bret W. Tobalske, Claudia P. Arango, Amy L. Moran. Respiratory gut peristalsis by sea spiders. Current Biology, 2017; 27 (13): R638 DOI: 10.1016/j.cub.2017.05.062
Zdroj
Nohatka Sericosura verenae na fotografii  Vereny Tunnicliffe z U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration.

Nohatky (Pycnogonida, angl. sea spider), jeden z šesti podkmenů kmene členovců, částečně připomínají svým vzhledem pavouky. Na rozdíl od nich žijí v moři a mohou mít více nohou. Pavouci se spokojí se čtyřmi páry, nohatky mají čtyři až šest a údajně některé i devět párů nohou, do kterých jim zabíhají výběžky střeva. Periodické pohyby celého střeva zajišťují oběh hemolymfy v těle, což u žádného jiného živočicha biologové nepozorovali. Standardně tuto roli hraje srdce, které na sebe bere rozličné podoby podle druhů živočichů. Hemolymfa je tělní tekutina nahrazující zároveň krev a lymfu u mnoha bezobratlých. Nohatku Sericosura verenae vidíme na fotografii Vereny Tunnicliffe z U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration.

Nejstarší fosilie hub

10.7.2017
Mikroskopické snímky nalezených fosilií hub (Bengtson, S. et al., Fungus-like mycelial fossils in 2.4-billion-year-old vesicular basalt. Nat. Ecol. Evol. 1, 0141, 2017).

pocházejí z 2,4 miliardy let starého bazaltu z jihoafrické formace Ongeluk v Griquatown West Basin. Vláknitá struktura o průměru 2 až 12 mikrometrů v dutinkách a prasklinách horniny nápadně připomíná podhoubí. Geologický původ není zatím úplně vyloučen. Od výrazně mladších, stovky milionů let starých fosilií, u kterých byl houbový původ potvrzen i chemickou analýzou, jsou vzhledem nerozlišitelné. Říše hub (Fungi) je zřejmě třikrát starší, než paleontologové doposud předpokládali. Bazalt, ze kterého fosilie pocházejí, vznikl pomořským výlevem lávy. Suchozemské organismy v té době neexistovaly, takže nepřekvapí, že i houby žily v moři. Mikroskopické snímky nalezených fosilií vidíme na obrázku (Bengtson, S. et al., Fungus-like mycelial fossils in 2.4-billion-year-old vesicular basalt. Nat. Ecol. Evol. 1, 0141, 2017).

V období siluru a devonu představovaly houby hlavní suchozemské organismy: akademon.cz 24.12.2007 (Všechny plísně světa).

Nejstarší egyptské hieroglyfy

7.7.2017
Zdroj:
http://news.yale.edu/2017/06/20/yale-archaeologists-discover-earliest-monumental-egyptian-hieroglyphs
Zdroj
Egyptské hieroglyfy vyryté do skály v Elkabu, výška 50 cm (foto Yale University).

monumentálně vyryté do skály nalezli archeologové v pozůstatcích města Elkab poblíž Luxoru v horním Egyptě. Dosahují staří 5.200 let. Výška jednotlivých hieroglyfů činí kolem 50 cm. Odhalila je společná expedice Yale University a bruselského Královského muzea umění a historie vedená prof. Johnem Colemanem Darnellem. Jde o významný nález dokládající vývoj egyptského písma. Prohlédnout si je můžeme na obrázku (foto Yale University).

Vylepšená dozimetrie

4.7.2017
Zdroj:
Robert B. Hayes; Sergey Sholom, Retrospective Imaging and Characterization of Nuclear Material, Health Physics. 113(2):91–101, AUG 2017, DOI: 10.1097/HP.0000000000000680
Zdroj

Zjistit, zdali byl přítomen radioaktivní materiál, lze i po jeho odstranění. Ve všech nevodivých materiálech zanechá dopadající radioaktivní záření stopy. Vyráží elektrony z vnější vrstvy atomů (valenční elektrony), které se zachytí v nejbližších poruchách krystalové mřížky. Pomocí magnetické rezonance nebo luminiscenčních technik lze získat informace o jejich přesné poloze. Z rozložení v prostoru lze usuzovat, kde se radioaktivní materiál nacházel. Hloubka pod povrchem materiálu je úměrná energii dopadajícího záření, a tedy druhu radioaktivního atomu.

Záhadná Maucrachenia

3.7.2017
Zdroj:
Westbury, M. et al. A mitogenomic timetree for Darwin’s enigmatic South American mammal Macrauchenia patachonica, Nat. Commun. 8, 15951 doi: 10.1038/ncomms15951, 2017
Zdroj
Umělecká rekonstrukce Maucrachenia patachonica (Olllga, CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), via Wikimedia Commons).

Maucrachenia patachonica, vyhynulý býložravý savec, byl od objevení prvních fosilií v Patagonii Charlesem Darwinem roku 1834 pro paleontology záhadou. Jeho taxonomické zařazení se zdařilo až nyní pomocí metod moderní genetiky. Morfologické znaky byly natolik rozdílné, že Maucrachenii nebylo možné zařadit klasickým způsobem. Analýza mitochondriální DNA ukázala, že jde o lichokopytníka (Perissodactyla). K jeho příbuzným patří tapíří, nosorožci a koňovití. Při studiu fosilií se mnohem více uplatní mitochondriální DNA, protože se zachovává lépe než jaderná deoxyribonukleová kyselina. Uměleckou rekonstrukci vidíme na obrázku (Olllga, CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), via Wikimedia Commons). Dospělý jedinec dorůstal délky až 3 m a váhy přes 900 kg a žil na území Jižní Ameriky. K oddělení od společných kopytnatých předků došlo přibližně před 66 miliony let. Vyhubily ho zhruba před 10.000 lidské lovecké populace.

Diskuse/Aktualizace