Hiánypótló kortárs természettudományos ismeretterjesztő cikkek magyarul

Derült Égből Tudomány

Derült Égből Tudomány

Horizonton a minden allergiát felszámoló kezelés

Odüsszeusz találmányával kikapcsolják a téves immunválaszt

2016. április 29. - Bodóné Hofecker Zsuzsanna

clarapnaraujo.jpg

Allergének                                                                                                                                          clarapnaraujo / Flickr

Mindegy, hogy szénanátha, asztma vagy ételallergia gyötör, nincs mit tagadni rajta: az immunrendszerünk szívás, ha megzavarodik.

Éppen ezért kapjuk fel a fejünket a hírre, hogy kutatók kifejlesztettek egy olyan eljárást, amely képes lehet helyre rakni a renitenskedő védekezésünket és megszüntetni az allergiát. Az elv az, hogy ráveszik a szervezetünket, hogy a veszélytelen anyagokat, mint a földimogyoró vagy a pollenek, ellenség helyett ezentúl barátként üdvözölje.

Ilyenkor rendszerint az jár a fejekben: ez túl szép, hogy igaz legyen. Hiszen a tudomány emberei már évtizedek óta dolgoznak azon, hogy gyógyírt találjanak arra, hogy az immunrendszer tökéletesen ártalmatlan dolgokra is rápörög, például macskaszőrre vagy a tehéntejre, ám mind ez idáig nem sok eredménnyel járt a fáradozásuk.

Viszont ez most más. Az immunrendszer megszelídítése helyett a kutatók itt szó szerint bevetették a trójai falovat. Nanorészecskék belsejében csempészik a szervezetbe az allergén anyagot, így kerülik meg a védekező rendszer védvonalait, majd belülről veszik rá a rendszert, hogy hivatalosan is ártalmatlannak nyilvánítsa a kérdéses anyagot.

malt_juriado.jpg

 Malt Jüriado / Flickr

A kísérleteket egyelőre csak egereken végezték el, és nagyon sok igazolási procedúra és munka van még hátra, mielőtt a piacra kerülne a trójai nanó – mindamellett ugyanez a technika az autoimmun-betegségek kezelését célozva éppen a klinikai kísérletek előszobájában van – a kettős felhasználás nem meglepő, elvégre ez utóbbi kórkép is az immunrendszer hasonló felbolydulásából adódik, mint az allergia. Ez a kutatási ág is igen ígéretesnek tűnik.

„A kezelés univerzális” – mondja a vezető kutató, Stephen Miller a Northwestern Egyetemről, Chicagóból. „Attól függően, hogy milyen allergiát akarunk megszüntetni, megtölthetjük a nanorészecskét parlagfűpollennal vagy akár a földimogyoró egyik fehérjéjével is.”

„Az eredmények alapján egy modern, biztonságos és hatékony hosszú távú kezelést látunk, amely potenciálisan meggyógyítja az életet veszélyeztető légzőszervi vagy ételallergiákat.” – tette hozzá. „Ez véget vethet az életen át tartó gyógyszerszedésnek a tüdőt érintő allergiák esetén.”

andrew_sweeney.jpg

Andrew Sweeney / Flickr

Természetesen az immunrendszerünk létfontosságú a kórokozók kordában tartásához, mégis időnként – számunkra ismeretlen okokból – elkezd ártatlan agyagokra pikkelni, megkeserítve ezzel az életünket. A szervezet ilyenkor elkezd antitesteket termelni a kipécézett delikvens ellen, ha az a közelbe merészkedik, és ez gyulladáshoz, orrváladékhoz és egyéb kellemetlen, sőt, akár életveszélyes tünetekhez vezet. És ez ellen sokat nem lehet jelenleg tenni.

Az immunrendszernek van egy olyan alrendszere – neve: veleszületett védettség –, amely közli a testünkkel, ha az adott valami veszélytelen. Azonban, sajnálatos módon, ha egy allergénre a szervezetben egyszer rásütik a bélyeget, nincs esélye eljutni a veleszületett immunitásig, hogy tisztázza magát.

Hacsak nem lehet átcsempészni valahogy, a kutatócsoport pedig éppen ezt tette. Egy, az FDA által jóváhagyott biológiailag lebomló polimerből nanotasakokat készítettek, megtöltötték ezeket a tojás egyik fehérjéjével, és bejuttatták tojásallergiás egerek szervezetébe. A fehérjére az egerek teste e proteinre addig asztmás rohammal válaszolt, ám mivel a tojásproteint biztonságosan őrizte a barátságos kinézetű nanorészecske, az allergén semmilyen tünetet nem váltott ki.

És itt jön a java: a csomagokat makrofágok takarították el, amelyek a véráram tisztán tartásáért felelős falósejtek, és egyben a veleszületett immunitás részei! Az allergént jó barátként üdvözölték, és bontották le.

zeiss_microscopy.jpg

Makrofág baktériumot kebelez be                                                                                            ZEISS Microscopy / Flickr

„A takarítósejtek bemutatják az allergént vagy az antigént az immunrendszer egészének oly módon, mintha azt mondanák: ne aggódjatok, ez itt a mi fajtánk.” – mondta Miller. A védekező rendszer ennek hatására leállítja a támadását az allergén ellen, és visszaáll normál működésre.

A kezelés után az egerek tojásra adott minden allergiás válasza elmúlt, és az immunrendszerük még erősebb is lett. „Ez a módszer kikapcsolja a veszélyes Th2 T-sejteket, amelyek az allergiáért felelősek, és megnöveli a jó T-sejteket, amelyek funkciója a rendszer nyugalomban tartása és a rend fenntartása.” – fejtette ki a kutató.

A csapat most további egérkísérletekre, valamint az esetleges emberkísérletekre készül. Szándékuk szerint megvizsgálják a módszert minden allergénre az ételallergiáktól az asztmán át a szénanátháig. Egy külön csoport foglalkozik a technika alkalmazási lehetőségeivel az olyan autoimmun-állapotok terén, mint a sclerosis multiplex és a cöliákia.

Ha a kezelés ezek közül tényleg mindenre jó lesz, óriási lépést teszünk előre az emberi életminőség javításában.

A kutatás a Proceedings of the National Academy of Sciencesben jelent meg.

Kövesd a blogot a Facebookon, hogy még több érdekes, eddig magyarul nem olvasható tudományos hírről értesülj! A tudomány letaglóz, Derült Égből Tudomány!

Források:

http://www.sciencealert.com/scientists-just-got-a-step-closer-to-creating-a-universal-treatment-for-allergies

http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2016/04/nanoparticle-asthma-trojan-horse.html

A tanulmány:

http://www.pnas.org/content/early/2016/04/13/1505782113

Megvan végre, hogyan növeszti vissza a gőte!

gote_2.jpgÓskar Elías Sigurðsson / Flickr

Képzeld magad egy tarajos gőte helyébe! Sütteted a hasad egy kiadós ebéd után. Aztán hirtelen, mint derült égből villámcsapás, egy fránya ragadozó felkap, és leszakítja a lábadat. Bár sikerül elmenekülnöd, elég siralmas a helyzeted! Siralmas lenne, ha emlős lennél. Viszont te egy tarajos gőte vagy, akinek ez egy szokványos kedd délután, más fajoktól eltérően ugyanis te rendelkezel egy különleges képességgel: nagy darab szöveteket is vissza tudsz növeszteni.

Ám valójában nem vagy gőte, és szerencsére a lábadat sem szakították le. Viszont emberi éned számára is van jó hírünk: kutatók végre megtalálták a magyarázatot arra az élettani folyamatra, amely lehetővé teszi ezt a szupererőt, és amely talán egyszer rajtunk, emlősökön is segíteni fog majd.

Először lássuk csak, hogyan gyógyulnak az emlősök, s hogyan a tarajos gőték. Miután mi, emlősök megsérülünk, akár felszínesen, akár mélyen, a sérülés felületén seb képződik, majd hegszövet fedi be azt. Míg ez a gyógymód tökéletesen működik vágásoknál és kisebb sérüléseknél, nem sokra megyünk vele, ha éppen az egyik lábunkat veszítettük el.

A tarajos gőte szervezete azonban gond nélkül újraképez bármilyen hiányzó szövetet a szemgolyótól a gerincvelőig, varasodás nélkül. Ráadásul  ezzel a képességével egyedülálló az állatvilágban, hiszen általában ezt a regenerálódást a kétéltűek csak addig tudják véghez vinni, amíg teljesen ki nem fejlődtek, ellentétben a gőtékkel, akik még felnőtt korukban is képesek rá. A kutatók régóta nem tudják felfedni a szupererő titkát. Vagyis nem tudták, egészen mostanáig.

illu_muscle_tissues.jpg

Harántcsíkolt izom / Simaizom / Szívizom                                                                  Wikimedia Commons

A japán Cukubai Egyetem és az egyesült államokbeli Daytoni Egyetem kutatói kiderítették, milyen szerepet játszanak egyrészt a harántcsíkolt izomsejtek (az angol név után SMFC-k), másrészt az izomszövet ős-/elődsejtjei (MPC-k) a folyamatban. Japán tűzhasú gőtéket (Cynops pyrrhogaster) vizsgálva a kutatócsoport a végtag-regenerálódás során ezt a kétféle izomsejtet követte nyomon mind lárva-, mind már kifejlett állat esetében. Eredetileg azzal a feltételezéssel kezdtek neki a kísérleteknek, hogy vagy csak az SMFC-k, vagy csak az MPC-k felelősek az új izmok felépítéséért a gőték regenerálódó végtagjaiban.  Az utóbbiak az SMFC-knek az izomrostokban szunnyadó elődsejtjei, amelyek a megfelelő ingerek hatására osztódásba kezdenek, és vagy megújítják magukat, vagy SMFC-kké alakulnak át.

A kutatók először bejuttattak egy olyan gént a gőteembriókba, amely az  SMFC-k és MPC-k esetleges aktivitása esetén egy bizonyos fehérje vörös lumineszcenciáját eredményezi az állat testében. A transzgenikus gőték effajta létrehozása csak nemrégiben vált lehetővé, megnyitván az utat a hasonló kutatások előtt.

Ezután megvárták, hogy egy részük a fejlődésben eljusson a lárvaszakaszig (3 hónapos kor), egy másik részük pedig teljesen kifejlődjön (16 hónapos kor). Ekkor a kutatók eltávolították a gőték egy-egy végtagját semmi pánik: mindez altatásban történt , hogy megfigyelhessék az SMFC-k és az MPC-k működését a végtag visszanövése során.

luis_mata.jpg

Luis Mata / Flickr (CC)

Végül arra a megállapításra jutottak, hogy egyrészt a fiatalabb gőtecsoportnál nem az SMFC-knek, hanem az MPC-knek köszönhető a regenerálódás a Cukubai Egyetem kutatócsoportja így összegezte ez irányú tapasztalatait: „A kísérletek bebizonyították, hogy a lárvaszakaszban levő gőte új izomszövetét elsősorban az MPC-k építik vissza, és nem az SMFC-k.” Másrészt viszont meglepetésükre a kifejlett egyedeknél azt fedezték fel, hogy visszanövő végtagjaikban az SMFC-k furcsa műveletbe kezdtek: ideiglenesen visszatértek egy differenciálódás előtti állapothoz, aztán újra beléptek a sejtciklusba, osztódásnak indultak, egyre több izomsejtet állítva ezzel elő.

„A gőték lárvái az MPC-t, a kifejlődött egyedek az SMFC-t használják a végtag hiányzó izmainak visszaépítésére” – magyarázza Hibiki Tanaka, a japán kutatók egyike.

„A tarajos gőte, ahogy túlesik az átalakuláson, a végtag-regeneráló sejtmechanizmusát a ős-/elődsejten alapuló mechanizmusról (lárvamód) átkapcsolja differenciálatlanodásos folyamatra (kifejlett mód).” – tette hozzá kollégája, Csikafumi Csiba.

Következő lépésben a kutatók azt vizsgálták meg, hogy a végtag szövetei valóban ugyanazt a szövetfajtát reprodukálták-e. Ehhez transzgenikus gőtékből nyerték a kifejlett állat lábának legfőbb szöveteit: a bőr-, csont-, izom- és idegszöveteket, és azokat beültették normál gőték azonos szövetterületeire. Ezt követően ezekkel a gőtékkel folytatták a regenerálódással kapcsolatos kísérleteiket. Ezek eredményeképpen a csapat konstatálta, hogy identikus bőr-, csont-, izom- és idegszövetek jöttek létre.

A kutatók ezzel mélyebb betekintést nyertek e rendkívül ritka és igen hasznos képesség hátterébe. Vajon az emberek is szert tehetnek valaha e szuperképességre ? Bizonyára még sok kutatást kell addig elvégezni, mire teljesen megértjük a folyamat részleteit, ám a csoport azt reméli, hogy vizsgálatuk mintegy első lépésként segíteni fog, hogy egy nap más fajoknál is  megvalósíthatóvá váljon ez a csodás regenerálódási folyamat.

A csapat teljes tanulmánya a Nature Communications című folyóiratban jelent meg.

Kövesd a blogot a Facebookon, hogy még több érdekes, eddig magyarul nem olvasható tudományos hírről értesülj! A tudomány letaglóz, Derült Égből Tudomány!

Források:

http://www.sciencealert.com/researchers-have-finally-figured-out-how-newts-regenerate-their-limbs

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-03/uot-tss032816.php

A tanulmány:

http://www.nature.com/ncomms/2016/160330/ncomms11069/full/ncomms11069.html

Ne packázz a barna halfarkassal

A madárfaj felismeri múltbéli emberi támadóját, és bosszút áll rajta

pablo_caceres_contreras.jpg

Pablo Caceres Contreras / Flickr

Arról már talán sokan hallottak, hogy a varjak, szarkák és bizonyos poszátafajok felismerik az egyes embereket. Ezek a madarak az emberlakta területeken élnek, így hasznosnak és ezzel együtt természetesnek is tűnik részükről, hogy kifejlesszék ezt a képességet. De mi a helyzet azokkal az állatokkal, akik olyan isten háta mögötti, elhagyott helyeken fordulnak elő, mint például az Antarktisz?

Dél-Koreai kutatók barna halfarkasokat, más néven szkuákat (Stercorarius antarcticus) tanulmányoztak a sarki földrészen. Jong-Dok Han, az Inha Egyetem PhD-hallgatója egyike volt azoknak, akik a fészkeikhez merészkedtek, és lemérték a tojásokat. Ezzel nagyjából el is vágta magát náluk, mert néhány alkalom után a vegzált szkuák kipécézték maguknak, és személyesen rá rontottak kutatótársai közt. „Meg kellett védenem magam a halfarkasok támadásától” – meséli. „Amikor más kutatókkal voltam, a madarak fölém repültek, és megpróbáltak lesújtani rám. Még akkor is követtek, amikor másik terepruhát vettem fel. Úgy tűnt, a madarak tudják, ki vagyok, mindegy, mi van rajtam.”

A kutatócsoport kísérletsorozatot végzett a populáción. Heti egyszer ellenőrizték a fészkekben a szaporodás alakulását. A barna halfarkasok egy idő után kijöttek a kutatók elé szembeszállni a betolakodóval. A kellemetlen, ámde roppant érdekes jelenségre felfigyelve a csapat elkezdte tesztelni, hogy a madarak valóban különbséget tesznek-e a között a személy között, aki a fészkükhöz hatolt, és a többiek közt.

us_embassy.jpg

US Embassy / Flickr

Ennek vizsgálatára minden fészeklátogató mellé állítottak egy semleges személyt. A két-két kutató először az adott fészek felé vette az útját, majd elhaladt az ellenkező irányba. Mind a hét vizsgált szkuapár követte a betolakodóját, és támadólag lépett fel vele szemben, ám a semleges személy iránt egyszer sem mutattak érdeklődést.

„Lenyűgöző, hogy a barna halfarkas, amelyek evolúciója embermentes élőhelyen zajlott le, és jelenleg is ilyen helyen él, felismeri az egyes személyeket mindössze 3-4 alkalom után. Úgy tűnik, nagyon magas szintű kognitív képességek birtokában vannak.” – nyilatkozta Von Jung Li, a Koreai Sarkkutató Intézet egyik vezető kutatója és a kutatás vezetője. Az antarktiszi állatok kognitív képességeit ezidáig nem tanulmányozták behatóan.

liam_quinn.jpg

Liam Quinn / Flickr

A barna szkuákról feljegyezték, hogy más madárfajoktól zsákmányolnak táplálékot, sőt, anyatejet csennek szoptató elefántfókáktól. A szakemberek szerint az opportunista táplálkozási szokások tehették idővel egyre okosabbá az állatokat.

Dr. Li hozzáfűzte: „Mivel e területen csak az antarktiszi kutatóállomás létesítése óta található ember, úgy véljük, hogy a szkuák azon rövid idő alatt fejlesztették ki a különbségtételi képességüket, amíg emberek közelében éltek.”

Az eredményeket az Animal Cognitionben tették közzé.

Nézd meg videón, hogyan reagáltak a madarak a fészekbolygató kutatóra a páros kísérlet során!

Kövesd a blogot a Facebookon, hogy még több érdekes, eddig magyarul nem olvasható tudományos hírről értesülj! A tudomány letaglóz, Derült Égből Tudomány!

 

Forrás:

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-03/lobe-abr032516.php

A tanulmány:

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10071-016-0970-9

Kvantumalagút egy vízcseppben

Fény derült egy nagy rejtélyre a hidrogénkötés működésében

allan_foster.jpg

Flickr Allan Foster

Könnyű a kvantumok világát a hétköznapi tapasztalattól végtelenül távolinak tekinteni, pedig bizonyos kvantumszintű okokra visszavezethető jelenségeket nap, mint nap megtapasztalunk. Ilyen például a felületi feszültség, amely miatt kisebb vízhegyet tudunk építeni egy érmére, vagy púposra tölthetjük a poharat. Ezt a cseppet összetartó erőt egy nemrégiben megjelent tanulmány szerint részben annak köszönhetjük, hogy a vízmolekulák a kvantummechanikai alagúthatás segítségével fogaskerekek mintájára változtatnak helyet. Hogy mi?

A vízmolekulákat egy nagy oxigénatom és két kicsi hidrogénatom alkotja, a három atommag csoportját pedig körbenyüzsgik az elektronok. Az elektronok átlagosan több időt töltenek az oxigénatommag körül, mint a hidrogénmagok körül, ennek következtében az oxigén enyhén negatív töltésűvé válik, a hidrogének pedig enyhén pozitívvá.

Ezért ha két vízmolekulát egymás mellé teszünk, az egyik oxigénje vonzani kezdi a másik hidrogénjét, és egészen közel húzódnak egymáshoz. Ha egy csomó vízmolekulát engedünk össze, akkor pedig mindig fejtől-lábtól rendezik el magukat, vagyis a molekula oxigénje mindig két másik molekula hidrogénjeihez esik, és egyfajta rácsszerkezetet alkot.

Aztán viszont – mivel a molekulák nyugtalan természetüktől fogva szüntelenül fickándoznak – időről időre megszakítják a kapcsolatot az addigi szomszédjaikkal, és csatlakoznak egy másik bagázshoz. A fentebb leírt vonzást és a helycserélgetés folyamatát együttesen hidrogénkötésnek nevezik, és ez a jelenség áll a felületi feszültség hátterében: ezért tapadnak a molekulák inkább egymáshoz – pl. a cseppekben –, és nem terülnek annyira szét a felületen.

louis_shackleton.jpg

Flickr – Louis Shakleton

E magyarázatban azonban eddig akadt néhány fehér folt. Ha az összes vízmolekulának megvan a helye a rácsban, hogyan talál bármelyikük új partnereket magának úgy, hogy nem teszi tönkre az egész szerkezetet? És mi történik akkor, ha nincs akkora energiája a molekuláknak, hogy fickándozzanak? Összeomlik a csepp?

Ezekre a kérdésekre keresték és találták is meg a választ a Cambridge-i Egyetem fizikusai. Szuperhideg, azaz rendkívül alacsony energiájú körülmények között vizsgálódtak a legkisebb lehetséges (jég?)cseppen, egy hat vízmolekulából álló struktúrán. Hat részecske még éppen képes háromdimenziós elrendezést felvenni.

Először annak jártak utána, mi történik, amikor egy molekula helyet változtat. Azt derítették ki, hogy soha nem egyetlen molekula vált, hanem azok mindig párosával cserélnek pozíciót – valahogy úgy, ahogy az egymásba kapaszkodó fogaskerekek fogai jönnek egymás után. Amikor az egyik szakít az addigi helyével, felszabadít egy hidrogénkötésre alkalmas rácspontot, amelybe egy másik beleugrik, és így tovább. A vízmolekulák sohasem árulnak tehát petrezselymet.

16102454201_0daf7062c9_k.jpg

Flickr – David Luders

De ez még nem minden. A kísérlet részecskéinek elvileg nem volt elegendő energiája ahhoz, hogy maguktól partnert váltsanak, ennek tisztázására a kutatócsapat szimulációkhoz fordult.

A kvantumrészecskéknek nincsen (és ezzel együtt semminek a világegyetemben) pontosan meghatározható pozíciója. Ehelyett a helyzetük valószínűsége eloszlik a térben: a legvalószínűbb, hogy ott találunk rájuk, ahol számítunk is rá, azonban az is megeshet, hogy valahol ott bukkannak fel, ahová az energiaszintjük szerint el sem juthattak volna. Ez az effektus olyan, mintha falnak dobnánk a labdát, de ahelyett, hogy visszapattanna, a másik oldalra jutna az akadály áttörése nélkül. A labdánk látszólag rátalált egy alagútra a mi oldalunk és a fal másik fele közt, pedig ilyen alagút nem is létezik.

Éppen így tud a víz is partnert cserélni a Science-ben nemrégiben közölt szimulációk alapján. Ha a molekulák nem ficeregnek ahhoz eléggé, hogy maguktól váltsanak párt, inkább az alagúthatás jelenségével teszik azt, és így indítják be a molekuláris óraművet. Nem keresgélik maguk körül a partnert, hanem egyszer csak éppen a kiszemeltük mellett tűnnek fel, és azonnal lecsapják a másik kezéről. A páronként együttműködő molekulák sorban összehangolják az alagutazást, így semelyik soha nem marad pár nélkül.

Nem semmi egy vízcseppecskétől!

Kövesd a blogot a Facebookon, hogy még több érdekes, eddig magyarul nem olvasható tudományos hírről értesülj! A tudomány letaglóz, derült égből tudomány!

Forrás:

http://www.sciencealert.com/physicists-have-finally-solved-a-key-mystery-in-how-hydrogen-bonding-works

A tanulmány:

http://science.sciencemag.org/content/351/6279/1310

Kedves Követők!

Bocsássatok meg azért, hogy nem tettem ki cikket már régóta. Azt a munkamódszert fejlesztettem ki, hogy elmentek minden izgalmas tudományos hírt, aztán várok néhány napot, hogy valahol megjelenik-e. Ha nem, akkor elkezdem lefordítani, kidolgozni. A biztonság kedvéért ellenőrizni szoktam, hogy amíg dolgoztam vele, nem jelent-e mégis meg. Most egymás után többször is úgy jártam, hogy de.

Ez valójában egy nagyon örömteljes dolog, hiszen a cikkek lefordulnak magyarra! Viszont így hiába dolgoztam a szövegekkel, mert nem az a blog profilja, hogy újra lehozzon már magyarul olvasható híreket. Tulajdonképpen lehetne akár az is, vagy lehetne, hogy szemlézem a megjelent cikkeket a fordítások mellett, mert időnként igencsak szanaszét vannak szórva a hírek a neten, ám az élethelyzetem ilyen nagy munkát jelenleg nem enged meg. Ha ez majd változik, lehet átalakulásra számítani az oldalon is.

wp_20160217_17_29_53_pro.jpgA kép nem csak illusztráció.

Rengeteg hír van, hiszen a világ tudósai egyre csak jönnek elő az érdekesebbnél érdekesebb felfedezésekkel, így azt remélem, hogy most csak véletlenül nyúltam azokhoz a tanulmányokhoz, amelyekhez kollégáim is. Éppen ezért bízom benne, hogy a jövőben új lendülettel tudok majd jelentkezni a derült égből.

Kérlek, ha olyan tudományos hírt találsz akár angolul, akár franciául, amely iránt a magyar közönség is érdeklődhet, küldd el nekem az elérhetőségét, hogy lefordítsam a Derült Égből Tudományba!

A blog egyelőre kizárólag hobbi számomra, pénzt nem keresek vele.

Ha esetleg szerzőtársnak jelentkeznél, azt is megbeszélhetjük!

Kövesd az oldalt a Facebookon, hogy értesülj a tudományos hírek hiánypótló magyar fordításáról! A tudomány letaglóz, derült égből tudomány!

Bodóné Hofecker Zsuzsanna

A gamma-kitörések életellenessége meghúzza a kozmológiai állandó alsó határát  

european_southern_observatorys_photostream.jpg

 Gamma-kitörés                                                  Forrás: Flickr – European Southern Observatory’s photostream

A kivételesen nagy tömegű csillagok (kollapszárok), amikor életük végén gravitációs összeomlással szupernóvává alakulnak, erős, keskeny gamma-sugárnyalábot bocsátanak ki magukból, amit gamma-kitörésnek hívunk.

A gamma-kitörések vagy GRB-k (gamma-ray burst) bár csak 10-20 milliszekundumtól néhány percig tartanak, ezalatt annyi energiát sugároznak szét, mint a Nap a teljes életciklusa során – így a gamma-kitörések a legnagyobb erejű robbanások, amit csak eddig az univerzumban megfigyeltünk.

Ha egy ilyen nyaláb a bolygónkat venné célba, valószínűleg még a galaxisunk legtávolabbi pontjából indulva is képes lenne tömeges kihalást eredményezni, sőt, talán eltörölni az életet a Föld színéről. Úgy vélik, hogy egy ilyen kataklizma okozhatta a kambrium–ordovícium kihalási eseményt mintegy 440 millió évvel ezelőtt, amely során a fajok 85%-a pusztult ki egy csapásra.

ellenm1.jpgOrdovíciumi élet                                                                                                           Forrás: Flickr – ellenm1

Ebből logikusan következik, hogy minél távolabb esik egy bolygó a gamma-kitörésektől, annál nagyobb esély van arra, hogy fejlett életformák alakuljanak ki rajta – legalábbis ha abból indulunk ki, hogy a jelenlegi tudásunk szerint milyen biokémiai szerkezettel képzelhető el élő organizmus.

Egy napokban megjelent tanulmányban a kutatók azt mutatták ki, hogy a GRB-k életre jelentett nagy kockázata olyan világegyetem feltételezésének kedvez, amelyben az összes objektum viszonylag távol helyezkedik el egymástól, így a bolygók és a kollapszárok is.

A tényezőt, amely általánosságban meghatározza a dolgok távolságát, pontosabban azok szétszóródásának, majd távolodásának mértékét, kozmológiai állandónak nevezik. A kozmológia egyik legnagyobb kérdése, hogy miért éppen akkora ez az állandó, amekkora.

 t_michael_keesey.jpgFejlett élet kialakulása a Földön                                                                    Forrás: Flickr – T. Michael Keesey

Albert Einstein eredetileg mint a gravitációs erővel szemben ható erő vezette be a kozmológiai állandót. Ha semmi nem hatna a gravitációval szemben, akkor az összes anyag egy pontba zuhanna vissza, márpedig nem ezt tapasztaljuk, megfigyeléseink szerint a világegyetem lassú ütemben tágul. Jelenleg az állandó értékét 10-123-ra becslik.

Steven Weinberg 1987-ben az antropikus elvre[1] alapozva megállapította, hogy a kozmológiai állandó lehetséges mértéke aránylag kis tartományban mozoghat. Az érték felső határa 10-120 körül található. Az ezt meghaladó tényező azzal a következménnyel járna, hogy nem jöttek volna létre galaxisok, sem egyéb struktúrák, mert az anyagi részecskék nem kerültek volna elég közel egymáshoz. Az alsó határt Weinberg csak annyiban szabta meg, hogy egy bizonyos mérték alatt az univerzum élete nem lett volna elég hosszú összeomlása előtt ahhoz, hogy elég esély legyen a fejlett élet kialakulására.

Az új tanulmány kimutatta, hogy a fejlett élet létrejöttének valószínűsége elenyészően kicsi a gamma-kitörések szomszédságában, ezzel pedig most először sikerült nyomós érvet találni az alsó határ közelebbi megállapításához. A kutatók számításai szerint ha a szám 10-124 alatt lenne, meredeken csökkenne a világegyetem azon régióinak száma és területe, amelyek elég hosszú időn át védettek a gamma-kitörésektől. Azaz ha ennél az értéknél kisebb lenne a konstans, akkor szinte esélytelen lenne az emberi élet kialakulása.


nasa_goddard_space_flight_center_photostream.jpgExobolygó-illusztráció                              Forrás: Flickr – NASA Goddard Space Flight Center photostream

„Széles körben úgy vélik, hogy a kozmológiai állandót valamely kvantumfolyamat eredményezi, szóba jöhető mértékének megállapítása pedig azért fontos, mert az támpontot adhat a származásának kérdését illetően.” – mondta Tsvi Piran, a tanulmány társszerzője, Jeruzsálemi Héber Egyetem.

Mint fentebb szóba került, a gamma-kitörések elhelyezkedése mellett az univerzum kora is lényeges a fejlett élet kialakulásában, amit szintén számításba kell venni a kozmológiai állandó vizsgálatában. A világegyetem nem lehet túl öreg, mert olyan bolygóknak kell benne jelen lenniük, amelyek a Naphoz hasonló égitest körül keringenek, vagyis egy olyan csillag körül, amely hidrogént fogyaszt, és viszonylag fiatal, vagyis még nem érte el az életciklusa befejező szakaszát.

Ám az univerzum túl fiatal sem lehet, mert a védett helyek csak bizonyos idő elteltével alakulnak ki. Az ilyen helyekkel rendelkező galaxisokban viszonylag magas a fémkoncentráció. A fémek gyakorisága azért jelzi az RGB-k kisebb előfordulását, mert a kitörésekért felelős kollapszároknak viszont alacsony a fémkoncentrációjuk.

A gamma-kitörésekkel kapcsolatos kutatási eredmények segíthetnek abban is, hogy pontosabban határoljuk be az élet lehetséges előfordulásának helyszíneit a világegyetemben.

Kövess minket a Facebookon, hogy még több érdekes, eddig magyarul nem olvasható tudományos hírről értesülj! A tudomány letaglóz, derült égből tudomány!

 

Források:

http://phys.org/news/2016-03-death-gamma-ray-bound-cosmological-constant.html

http://www.universetoday.com/116642/new-analysis-sets-a-space-time-zone-for-complex-life/

A tanulmány: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.081301

 

[1] „Az asztrofizikában és a kozmológiában az antrópikus elv (a görög anthropos után, jelentése „emberi”) egy filozófiai gondolat, amely szerint a fizikai univerzum megfigyelhetősége kompatibilis kell legyen egy tudatos élet létrejöttével, amely azt megfigyeli. Az antropikus elv néhány támogatója azzal érvel, hogy ez az elv megmagyarázza, miért pont annyi idős az Univerzum és miért rendelkezik pont olyan fizikai paraméterekkel, amelyek épp lehetővé teszik benne a tudatos élet létrejöttét. Ebből következően úgy gondolják, hogy nincs túl nagy jelentősége annak, hogy az univerzum alapvető állandói pont olyan szűk intervallumokba esnek amelyek épp kedveznek az élet létrejöttének.” Wikipedia.org

A gemkapocsméretű agyimplanton át gondolattal lesz irányítható az exoszkeleton

Az eddig birkákon, 2017-től embereken próbálandó eljárás invazív sem lesz

birka.jpg

Forrás: Wikimedia Commons, George Gastin saját munkája, a képet szerkesztettem.

A protetika mára nagyon messzire jutott a kalózos faláb-kampókéz technológiától. Nanotechnológiai fejlesztésekkel például sikerült mesterséges bőrt előállítani, amely révén az amputált személyek a művégtagjaikon is tapinthatnak (magyar nyelvű cikk). Az idegsebészet nem olyan rég azt is lehetővé tette, hogy műkezeket kössenek közvetlenül a test idegrendszerére (magyar nyelvű cikk). A Nature Biotechnology egy tanulmányában pedig nemrégiben egy gemkapocsméretű agyimplantátumot mutattak be, amely egy egész exoszkeleton irányására képes lehet egy interfészen keresztül, mégpedig pusztán a páciens gondolata által vezérelve.

Az ausztrál kutatók által kifejlesztett aprócska „bionikus gerincvelőt” agyi erekbe lehet behelyezni, onnan olvassa a neuronhálózat elektromos hullámait. A mintát a miniatűr szerkezet képes továbbítani egy exoszkeleton, bionikus végtagok vagy egy kerekesszék számára. A bénulással küzdő betegek a motoros kéreg öntudatlan „gondolatainak” segítségével irányíthatják a rendszert, és nyerhetik vissza mozgásukat.

Tovább

A mágneses mezőt kutyák és főemlősök is érzékelhetik

A madarak szemében lévő kriptokróm 1a megfelelőjét néhányuknál megtalálták

siberian_husky_heterchromia_edit.jpg

Forrás: Wikimedia Commons – készítette: Przykuta, képjavítás: Pharaoh Hound Husky

A madarak képesek rá, hogy több ezer kilométer tájékozódás után ugyanoda érkezzenek meg évről évre. Ezt a Föld mágneses mezejének érzékelése miatt tudják megtenni, amely érzéket magnetorecepciónak is nevezik. Most a kutatók arra derítettek fényt, hogy a kutyák, bizonyos főemlősök és a medvék szemében is fellelhető az a molekula, amelyet a madarak eme képességéért tartanak felelősnek – vagyis elképzelhető, hogy ezek az emlősök is érzékelik a mágneses mezőket.

Az emberek által már elveszített „hatodik érzék” okozójának vélt molekula, a kriptokróm 1a a fényérzékelő molekulák csoportjába tartozik. E csoport tagjai segítik a baktériumokat, növényeket és emlősöket a napi biológiai ritmusuk szabályozásában is.

Habár bizonyos emlősökről, mint a denevérek és a csupasz turkáló, úgy gondolják, hogy képesek érzékelni a mágneses mezőket – és ezt az elképesztő navigációs képességük is jól mutatja –, mind ez idáig senki nem tanulmányozta a magnetorecepciós molekulát emlősökben.

Most viszont a németországi Max Planck Intézet egy kutatócsoportja először mutatta ki, hogy a molekula emlősváltozata, amelyet ők csak kriptokróm 1-nek neveznek, jelen van a kutyaalkatúak (kutyák, farkasok, medvék, rókák és menyétfélék) retinájában. Néhány főemlős, például az orángutánok és egyes makákófajok szemében is rábukkantak az anyagra.

orang-utan_bukit_lawang_2006.jpg

Forrás: Wikimedia Commons

A kriptokróm 1 jelenléte azonban nem jelenti okvetlenül azt, hogy ezek az állatok a madarakhoz hasonlóan érzékelik a mágneses mezőket, a molekula akár más szerepet is játszhat a látószervükben. Ám a kutatóknak jó okuk van feltételezni, hogy a jelenlétük magnetorecepcióra utal. Először is, az anyag a szem kéktől ultraibolya színtartományig érzékelő csapjainak külső részein volt megtalálható – pontosan ott, ahol a madaraknál.

A madaraknál azt feltételezik, hogy a kriptokróm 1a-t a mágneses mezők aktiválják, ami láncreakciót indít be a szervezetben, lehetővé téve a mágneses érzékelést az állat számára. A folyamat igencsak bonyolult és még kvantummechanikai vonzatai is vannak, érdemes utána olvasni ebben a magyar nyelvű cikkben. Viszont most számunkra csak annyi a lényeges, hogy az érintett emlősök szemében is éppen ott lapul a kriptokróm 1, ahol a navigálást lehetővé teheti.

Másodszor pedig, annak alapján, hogy a csapsejtjeik szélén helyezkedik el, valószínűtlennek tűnik, hogy a molekula az emlősök biológiai óráját szabályozná, vagy pigmentként a színérzékelést szolgálná. „Ezért lehetséges, hogy ezeknek az állatoknak szintén van a látórendszerükhöz kapcsolódó mágneses érzékelésük” – vonják le a kutatók a következtetést a Nature Scientific Reports rovatában.

Tegyük fel, hogy így van. Már csak az a kérdés, hogy mire használják ezt a tudományukat. Ez jelen pillanatban még nem világos a kutatók számára. Annyit tudunk, hogy a kutyák szeretnek az észak-déli tengelyen üríteni, és a rókák eredményesebbek az egerek elkapásában, ha északkeleti irányban ugranak rájuk. A primátáknál a beépített iránytű a testhelyzet érzékelését segítheti, vagy az is elképzelhető, hogy mindössze evolúciós maradvány, és rokonaink leginkább semmire sem használják azt.

Az igazán nagy meglepetés az volt a kutatók számára, hogy a megvizsgált 90 emlősfaj közül csak néhány rendelkezett kriptokróm 1-gyel – és ezek történetesen nem azok voltak, amelyek eddigi tudásunk szerint tényleg használják a mágneses mezőket a tájékozódásra, mint az egerek vagy a denevérek. A kutatók felvetése szerint talán ezek az emlősök másképp igazodnak el a térben, például sejtszinten, iránytű gyanánt magnetitrészecskéket alkalmaznak, amint az a madaraknál is előfordul. Ezek a kérdések újabb kutatások tárgyát képezhetik.

Nem elképesztő belegondolni, hogy a főemlősökkel közös őseinknek talán még megvolt az a képessége, hogy érzékeljék a mágneses mezőket, amelyekről hosszú időn át az emberek még csak nem is tudtak?

Kövesd a blogot a Facebookon, hogy még több érdekes, eddig magyarul nem olvasható tudományos hírről értesülj!

Források:

http://www.sciencealert.com/dogs-and-some-primates-might-be-able-to-see-magnetic-fields

http://www.nature.com/articles/srep21848#author-information

http://gizmodo.com/dogs-and-certain-primates-may-be-able-to-see-magnetic-f-1760815533?utm_campaign=socialflow_io9_facebook&utm_source=io9_facebook&utm_medium=socialflow

Eredeti publikáció (nyílt hozzáférésű):
Christine Nießner, Susanne Denzau, Erich Pascal Malkemper, Julia Christina Gross, Hynek Burda, Michael Winklhofer, Leo Peichl (2016) Cryptochrome 1 in Retinal Cone Photoreceptors Suggests a Novel Functional Role in Mammals. Scientific Reports 6, 21848; doi: 10.1038/srep21848. link

Megalkották a bonyolult döntések átfogó matematikai modelljét

Az első biológiailag valószerű leképezés betegeken segíthet és számítógépeket fejleszthet tovább

FRISSÍTÉS 2016.02.22. – A kutatás egyik szerzője, Dr. Lengyel Máté tájékoztatása alapján a preferenciák megfordulását" a döntések rugalmas megváltoztatására" cseréltem. Ebből kifolyólag a keretes szövegrészt, amely a preferenciák megfordulásának magyarázatáról szólt, töröltem. Ezenkívül pontosítottam a másik szerző intézményi hovatartozását, szintén az iránymutatás alapján.

negyes.jpg

Johannes Friedrich és Lengyel Máté megalkotta az első átfogó modelljét annak, hogyan viselkednek az agyunk idegsejtjei, amikor összetett döntést kell meghoznunk, továbbá hogy a hibáink alapján miként alkalmazkodnak, s miképpen tanulnak belőlük. A kutatási eredmények számos kóros állapot megértésében segíthetnek, és a számítógépes technológiában is érdekes fejleményeket várhatunk tőlük a jövőben.

A Cambridge-i Egyetemen folyó kutatásban kidolgozott matematikai modell az első biológiailag valószerű leképezése e folyamatnak – nemcsak a viselkedést jósolja meg, hanem a neuronok működését is modellálja. A tanulmányt a The Journal of Neuroscience-ben tették közzé.

A modellt feladatok széles körén tesztelték az egyszerű kétválasztásos döntésektől a többlépcsős komplex döntéshozatalig. Az eredményeket kísérleti adatokkal összevetve azt találták, hogy az algoritmus pontosan adja meg a választások valószínűségét, és előre megjósolja a döntések rugalmas megváltoztatását is, amely jelenség a bonyolult döntési helyzetek indikátora.

Némelyik döntésünk hatása azonnal érezhető, ám vannak olyanok is, amelyeknek messzemenő következményei vannak, és hatásuk számos egyéb múltbéli és/vagy jövőben elvégzendő cselekvésünktől függ. A nagyobb fejtörést mindenki számára a hosszú távon várható kimenetel megjóslása okozza.

A döntéseknek e kutatás sémájában két fő fajtája van: a megszokáson alapuló és a célirányos. Az elsőre jó példa az út kiválasztása a mindennapos ingázás során. Ahogy a számítógépünk eltárolja az egyes weboldalakat, hogy utána azok könnyen és gyorsan betöltődjenek, ugyanígy bizonyos viselkedéseket rögzítünk az agyunkban, és ezeket alkalmazva az ilyen helyzetekben a választásaink voltaképpen automatikussá válnak.

A célirányos döntést szemléltessük azzal a helyzettel, amikor az említett ingázás útvonalán útlezárással szembesülünk, ami másik út választására kényszerít bennünket. „A célirányos döntés neurobiológiai szempontból sokkal bonyolultabb, mert sokkal több benne a változó: célirányos döntéshez jövőbeli lehetőségek szerteágazó halmazait kell figyelembe vennünk.” – mondja a tanulmány első számú szerzője, Dr. Johannes Friedrich, a Columbia Egyetem munkatársa, aki a kutatást a Cambridge-i Egyetem Műszaki Tanszékén végezte posztdoktori ösztöndíjasként. „Ha el kell térnünk a megszokott napi útvonaltól, minden egyes kereszteződésnél külön döntéshozásra kényszerülünk.”

A megszokáson alapuló döntéseket az idegtudósok behatóan tanulmányozták, és nagyjából tudják is, hogyan működnek neurális szinten. Mindazonáltal a célirányos döntések mögött húzódó mechanizmust mind ez idáig homály fedte.

Tovább

Kísérleti bizonyíték a tetraneutron létére

A lehetetlen részecske megrengetheti a fizikát

double_slit_simulated_2.jpg

Japán fizikusok az eddig legmeggyőzőbb kísérleti bizonyítékokat találták a tetraneutron létezésére. A mérleg immár arra billenhet, hogy e részecske nemcsak fikció, noha atomfizikai tudásunk ennek inkább ellentmondani látszik. Ha a RIKEN kutatóközpontban végzett kísérletet független kutatócsoportok azonos eredménnyel ismétlik meg, az gyökeresen megváltoztathatja a magerőkről alkotott elméleteket.

A neutronok

A neutronok meglepően nehezen vizsgálható részecskék, és számtalan elmélet foglalkozik velük. Ők azok a tényezők, amelyek leküzdik a protonok közti taszítást, és „összeragasztják” az atommagot, mint ahogy az már majdnem egy évszázada köztudott. Mindazonáltal a magános neutron instabil, és 15 percen belül protonra és egyéb részecskékre bomlik. A neutronokat azért is nehéz laboratóriumban befolyásolni, mert semleges töltésűek, így nem hat rájuk sem az elektromos, sem a mágneses mező.

A tetraneutron egy eddig csak feltételezésekben élő atommag, amely négy neutronból és nulla protonból áll. Ismereteink szerint ez nem lehetséges felállás – de mi szól az ellen, hogy négy neutron együtt részecskét alkosson? Mindösszesen csak a részecskefizika egyik alaptétele, a Pauli-féle kizárási elv, miszerint azonos rendszeren belül két részecske nem lehet azonos kvantumállapotban – pláne nem lehet négy.

A részecske előélete

large_hadron_collider.jpg

A tudósok véleménye tehát erősen megoszlik arról, hogy létezhet-e egyáltalán csak neutronokból álló részecske. Egyes kutatók mégis már évtizedek óta próbálnak a legendás tetraneutron nyomára bukkanni. És habár egy 1965-ös tanulmány arra a véglegesnek tűnő következtetésre jutott, hogy bizonyíték hiányában a részecske létezése valószínűtlen, néhány éve egy kutatócsoport olyan kísérleti megfigyelésekről számolt be, amelyeket csak ezzel az atommaggal lehet megmagyarázni.

A teszteket Francisco-Miguel Marqués és csapata végezte a franciaországi Ganil részecskegyorsítóban 2002-ben. Ennek során berillium-14 atomokat ütköztettek szénatomokkal abban a reményben, hogy a berillium négyes neutronklaszterje leválik, és megvizsgálhatják a viselkedését. Ám amikor ez sikerült, négy kisebb, elkülönülő csóva helyett meglepő módon egyetlen nagyot detektáltak. Ez arra engedett következtetni, hogy a neutronok együtt távoztak az atommagból, nem pedig egyenként.

A csapat 2004-ben újból hasonló eredményt ért el, ugyanakkor ilyen jelenséget más független csoportnak nem sikerült reprodukálni, egészen mostanáig.

A kísérlet

wp_20160217_17_29_24_pro.jpg

A reakció vázlata

A Tokiói Egyetem Természettudományos Doktori Iskolája szóban forgó kutatócsapatának kísérleteiben szintén szerepet kapott a berillium. A csapat neutronban gazdag héliumatommagokból álló (két proton és hat neutron per mag) nyalábot lőtt ki a hélium legközönségesebb formája által – amelynek atommagja két protonból és két neutronból tevődik össze – alkotott folyadékra.

Tovább
süti beállítások módosítása