Vybrali sme z Quarku 3/2021

VEDA NA DOSAH

Nestihli ste si kúpiť marcové číslo časopisu Quark? Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol za posledný mesiac.

A ľady sa pohli… (Téma)

Pretože mohutné biele ľadové platne, ktoré pokrývajú Antarktídu a Grónsko, odrážajú dopadajúce slnečné žiarenie späť do vesmíru, sú mimoriadne dôležitými regulátormi v klimatickom systéme, a preto zohrávajú kľúčovú úlohu v zdraví našej planéty. Isobel Lawrencová z CPOM však upozorňuje: „Strata morského ľadu neprispieva priamo k zvyšovaniu hladiny mora, má však nepriamy vplyv. Jednou z kľúčových úloh arktického morského ľadu je odrážať slnečné žiarenie späť do vesmíru, čo pomáha udržiavať Arktídu chladnú. Zmenšovanie morského ľadu spôsobuje, že oceány a atmosféra absorbujú viac slnečnej energie. Dôsledkom toho je rýchlejšie otepľovanie Arktídy než ktoréhokoľvek iného miesta na planéte.”

Hoci vedci predpokladali, že ľadovcové príkrovy budú v reakcii na otepľovanie oceánov a atmosféry prichádzať o čoraz väčšie množstvo ľadu, napokon sa topia oveľa rýchlejšie, ako sa očakávalo. Dokonca, ako uviedol Thomas Slater z britského Centra pre polárne pozorovania a modelovania (CPOM), topenie prekonáva klimatické modely, ktoré používame, a hrozí, že nebudeme pripravení na riziká spojené s rastúcou hladinou oceánov. Inými slovami – topenie sa ľadových príkrovov v Grónsku a v Antarktíde odpovedá najhoršiemu možnému scenáru Medzivládneho panelu pre zmeny klímy (IPCC) o zvyšovaní hladiny oceánov.

Scenár ústredného otepľovania sa klímy IPCC vo svojom poslednom hodnotení predpovedal nárast globálnej hladiny mora o 60 centimetrov do roku 2100, čo každoročne vystaví 360 miliónov ľudí záplavám na pobreží. Rýchlejšia než očakávaná miera hlásená vedeckými tímami združenými v projekte IMBIE (Ice Sheet Mass Balance Intercomparison Exercise) ukazuje, že úbytok ľadu kopíruje najhorší scenár otepľovania klímy IPCC. Ten predpovedá, že hladina mora stúpne o ďalších sedem centimetrov.

Profesor Andrew Shepherd z Leedskej univerzity vysvetľuje: „Pravidlom je, že pri každom zvýšení o centimeter v globálnej hladine mora je ďalších šesť miliónov ľudí vystavených pobrežným záplavám po celej planéte. Pri tomto súčasnom trende topenia sa grónskeho ľadu hrozí, že do konca storočia bude každý rok čeliť záplavám 100 miliónov ľudí, teda stúpanie hladiny mora celkovo bude ohrozovať až 400 miliónov ľudí.” Pri takomto scenári nehrozia len straty na životoch, ale je tu aj vážna hrozba masovej migrácie smerom do vnútrozemia.

Podľa profesora Sheparda sa ľadovce topia príliš rýchlo, pretože oceány sú priveľmi teplé. „Povrch sa topí, pretože vzduch je priveľmi teplý. Je to dvojitý útok na Grónsko. Od roku 1992 sa mohla zvýšiť hladina morí z roztopených ľadovcov v Grónsku o 1,06 centimetra. Keď sa k tomu pripočíta topenie sa iných ľadovcov z celého sveta a rozpínanie vody v dôsledku oteplenia, hladiny morí za rovnaký čas mohli podľa odhadov narásť o 7,5 centimetra. Takéto zvýšenie hladín síce zatiaľ nezatopí trvalo nijakú časť sveta, ale riziko záplav pobrežných oblastí počas búrok sa zvyšuje.

Voda oceánov však nestúpa len kvôli Antarktíde a Grónsku. V nedávnych rokoch sa začali topiť alebo úplne zmizli tisíce menších ľadovcov. „Videli sme to napríklad pri ľadovci Ok na Islande, ktorý bol vyhlásený za mŕtvy v roku 2014. To znamená, že topenie ľadovcov sa teraz stalo hlavným prispievateľom k rastúcej hladine oceánov,  spresnila Ruth Mottramová z Dánskeho meteorologického ústavu.

Snímky ľadovca Okjökull (Ok) zo 14. septembra 1986 (vľavo) a 1. augusta 2019, foto NASA Earth Observatory images/Joshua Stevens

Snímky ľadovca Okjökull (Ok) zo 14. septembra 1986 (vľavo) a z 1. augusta 2019. Foto: NASA Earth Observatory images/Joshua Stevens

Prečítajte si aj najnovšie články z astronómie: Najväčšie zrkadlo, Slabnúca hmlovina Raja, Nevydarený test.

Odhaľovanie tajomstiev (Rozhovor s Andreou Lančaričovou)

Analytická chémia zahŕňa laboratórne metódy s názvom chromatografia a spektrometria. Medzi najbežnejšie a zároveň najčastejšie používané prístroje v praxi patria plynový a kvapalinový chromatograf a hmotnostný a atómový spektrometer.

Plynový chromatograf ako prístroj sa skladá zo zdroja nosného plynu, čistiaceho zariadenia plynu (pretože plyn musí byť najvyššej čistoty), regulátora toku, termostatu, injektora, kolóny, detektora a vyhodnocovacieho zariadenia, čo je počítač s príslušným softvérovým vybavením. Princíp plynovej chromatografie spočíva v rozdelení látok prítomných vo vzorke, ktoré sú transportované cez dlhý stĺpec – tzv. inlet – pomocou nosného plynu na kolónu, kde dochádza k rozdeleniu látok. Priebeh merania je nasledovný. Injektor danú vzorku, resp. zmes látok nadávkuje do prístroja. Vstreknutím do stĺpca vyhriateho na vysokú teplotu sa zmení skupenstvo zmesi z kvapalnej na plynnú. Plynná zmes obsahujúca látky, ktoré chceme analyzovať, je nosným plynom unášaná na kolónu. Tam dochádza k rozdeleniu látok na základe afinity k stacionárnej fáze. Tieto látky potom zachytáva detektor v podobe signálu. Vždy je potrebné vyvinúť presnú metódu na konkrétnu analýzu látok, napríklad na analýzu mastných kyselín v oleji, to znamená zvoliť vhodný typ kolóny, typ nosného plynu a detektora a teplotný program kolóny. Počítač zaregistruje v danom retenčnom čase látku a zobrazí ju v podobe signálu, ktorý má tvar tzv. píku.

Na identifikáciu daných látok sú potrebné tzv. štandardy čistých látok alebo zmesí, aby sa mohol daný pík s istotou priradiť ku konkrétnej zlúčenine. Z rovnice kalibračnej krivky na základe známej plochy píku sa vypočíta presné množstvo látky vo vzorke.

Kvapalinový chromatograf je v podstate rovnaký ako plynový, ale namiesto plynu sa používajú kvapaliny – rozpúšťadlá, napríklad voda, metanol, acetonitril a podobne.

Prístroj obsahuje pumpu, resp. čerpadlo, ktoré pomocou hadičiek prepravuje rozpúšťadlo spolu so vzorkou cez kolónu naplnenú pevným adsorbčným materiálom. Keď vzorka prechádza kolónou, každá zlúčenina prítomná vo vzorke reaguje odlišne s adsorbčným materiálom v kolóne a pri výstupe z kolóny sa rozdeľuje. Detektor látku zachytí a následne ju počítač zobrazí v podobe signálu, ktorý má tvar píku rovnako ako v plynovom chromatografe. Ako detektor sa používa ultrafialový detektor alebo detektor diódového poľa. Prístroj môže byť kombinovaný aj s hmotnostným spektrometrom alebo kvadrupólom, ktorý stanoví látku na základe merania času preletu iónov; nazýva sa QTOF – v preklade čas preletu, time of flight.

Princípom merania atómového spektrometra je atómová emisná spektroskopia s mikrovlnnou plazmou. Plazma je extrémne horúca, má približne 5 000 °C, a na jej prevádzku sa používajú vysoké úrovne mikrovlnnej energie. Najčastejšie sa používa vysokovýkonná technológia – magneticky excitovaný zdroj mikrovlnnej plazmy, ktorá poskytuje väčšiu citlivosť, lineárny dynamický rozsah, detekčné limity a rýchlosť analýzy.

Meranie prebieha tak, že roztok vzorky je vedený do jadra, kde sa nachádza horúca plazma. Tá následne vyvolá excitáciu alebo vzbudenie všetkých prvkov, ktoré začnú vyžarovať svetlo s charakteristickými vlnovými dĺžkami. V spektrometre sa svetlo rozloží na jednotlivé vlnové dĺžky umožňujúce prvky identifikovať. Intenzita svetla sa porovnáva s kalibračným štandardom.

Atómovo emisný spektrometer s indukčne viazanou plazmou (Agilent 4100 MP-AES, Agilent Technologies Inc.), foto A. Lančaričová

Atómovo emisný spektrometer s indukčne viazanou plazmou (Agilent 4100 MP-AES, Agilent Technologies Inc.), Foto: A. Lančaričová

RNDr. Andrea Lančaričová, PhD., pracuje ako vedecká pracovníčka v Národnom poľnohospodárskom a potravinárskom centre vo Výskumnom ústave rastlinnej výroby v Piešťanoch. Vyštudovala aplikovanú analytickú a bioanalytickú chémiu na Fakulte prírodných vied Univerzity sv. Cyrila a Metoda v Trnave. Jej výskumná činnosť je zameraná na analýzu nutričných zložiek rastlinného materiálu a na hodnotenie kvality rastlinných semien. Je autorkou a spoluautorkou niekoľkých vedeckých príspevkov na túto tému.

Neželaní kuriéri (Príroda)

Pijakom sa vedci venujú aj preto, lebo majú mimoriadne biologické vlastnosti. Majú vysokú mieru reprodukcie, rýchly vývinový cyklus a sú schopné prekonať roky nepriaznivých podmienok. Majú vyhranený vzťah k hostiteľom. Dospelé kliešte znášajú extrémnu toleranciu k meniacemu sa prostrediu. Plne nacicaná samička znáša 6- až 7-tisíc vajíčok. Pijak lužný môže prežiť pod vodou niekoľko mesiacov a je mrazuvzdorný v porovnaní s inými druhmi kliešťov. Pijak stepný vie zasa odolať dlhodobému suchu.

Oba druhy sú si na prvý pohľad veľmi podobné svojou veľkosťou a sfarbením. Napriek tomu, že sú našimi najväčšími kliešťami, individuálne ich veľkosť značne kolíše, objavia sa medzi nimi trpaslíci aj obri. Priemerná veľkosť samičky je 3,3 mm, kolíše od 2,4 po 4,2 mm so šírkou od 1,8 do 3,7 mm. Samček pijakov je zvyčajne väčší ako samička, až na extrémy, ktoré pri trpaslíkoch dosahujú 2,3 a pri obroch 5 mm. Samček je zvyčajne o niečo štíhlejší. Samička plne nacicaná krvou dosiahne 10 až 16 mm, čo vysvetľuje aj pôvod slovenského názvu pijak.

Doposiaľ sme spomínali len dospelé kliešte, ktoré sú oddeleného pohlavia s výrazným pohlavným dimorfizmom, najmä v sfarbení a veľkosti chrbtového štítka. Ešte nenacicaná samička ho má približne do jednej tretiny až polovice tela, samček po celej chrbtovej strane. Kliešte majú dve nedospelé vývinové štádiá – larvy a nymfy s chrbtovým štítkom ako samičky. Larva vyliahnutá z vajíčka má 0,5 mm, hladná nymfa metamorfovaná z nacicanej larvy má 1,4 až 1,8 mm. Pre bežného záujemcu sú takmer nedostupné.

Všetky tzv. tvrdé (ixodové) kliešte sa podľa správania k hostiteľom delia na dve skupiny, hniezdno-norové a externé, niekedy označované aj ako pasienkové. Prvá skupina zahŕňa takmer 80 percent všetkých kliešťov, ktoré sú špecializované na úzky okruh hostiteľov. Medzi ne patrí napríklad kliešť ježí, kliešť myší, ale aj kliešť netopierí. Žijú v norách, hniezdach alebo úkrytoch svojich hostiteľov a človek sa s nimi na vegetácii nestretne. Ak ich chcú vedci získať, musia odchytať ich hostiteľov do pascí alebo sietí, aj to vo veľmi vyhranenom ročnom období.

Externé kliešte žijú v tráve, opadanom lístí a štrbinách pôdy. Majú široký okruh hostiteľov, na ktorých striehnu a napádajú ich z opadaného lístia, prízemnej vegetácie alebo z vetvičiek nízkeho krovia. Medzi hostiteľmi tejto skupiny je aj človek a jeho domáce i hospodárske zvieratá.

Pijaky majú tú zvláštnosť, že patria k obom spomenutým typom. Nedospelé vývinové štádiá sú norové kliešte. Životným prostredím lariev sú najmä nory a hniezda hrabošov, krtov, piskorov či ježov, ktorým aj pijú krv, zriedka ide tiež o väčšie hlodavce. Nymfy žijú v norách hrabošov ako larvy, ale nájdeme ich aj na väčších zvieratách, lasiciach, kunách, tchoroch, výnimočne aj na srncoch a jeleňoch. Pri bežnom zbere kliešťov na vlajku ich na rozdiel od kliešťa obyčajného nenazbierame.

Dospelé pijaky sú však vyslovene externé kliešte. Striehnu na tráve, kvetoch, listoch a vetvičkách prízemnej vegetácie často aj v celých húfoch, niekoľko desiatok jedincov na jednej vetvičke tesne pri sebe. Sú miesta, kde na jednom stometrovom páse pozdĺž rieky nazbierame aj niekoľko stoviek dospelých pijakov. Ich typickými hostiteľmi sú najmä srnčia a jelenia zver, ale aj diviaky, líšky, ježe a zajace. Obľubujú tiež hospodárske zvieratá, napríklad kozy, dobytok, kone, ba dokonca aj prasatá. Človek je hostiteľom pijakov len výnimočne, zato obľúbenou pochúťkou pijaka lužného je pes a pijaka stepného ovca.

Hlavička samičky pijaka lužného s okrúhlymi pórovitými poliami a výrazným tŕňom na palpách, foto B. Peťko

Hlavička samičky pijaka lužného s okrúhlymi pórovitými poliami a výrazným tŕňom na palpách. Foto: B. Peťko

Viac z prírody: Sebavedomý rys.

Keď sa ženy vo vede spoja (Biochémia)

Emmanuelle Charpentierová začala s výskumom CRISPR koncom roku 2000. Práve sa presťahovala z Viedenskej univerzity v Rakúsku na univerzitu v Umeå v severnom Švédsku. Venovala sa štúdiu baktérie Streptococcus pyogenes, ktorá spôsobuje tonzilitídu, infekcie kože, ale aj zápal pľúc a život ohrozujúcu sepsu. E. Charpentierová chcela zistiť, ako tento a ďalšie mikróby vytvárajú rezistenciu na antibiotiká, a to práve skúmaním malých molekúl RNA, ktoré regulujú expresiu génov. Vo svojom výskume našla prepojenie malých molekúl RNA práve s CRISPR. Spolu s kolegami odhalili, že nevyhnutnou súčasťou procesu štiepenia DNA pomocou systému CRISPR/Cas9 sú transkódované malé RNA tzv. tracrRNA. Tak identifikovali chýbajúcu aktivačnú dráhu, ktorá bola založená na interakcii medzi tracrRNA a crRNA. Išlo o veľký objav vysvetľujúci mechanizmus aktivity systému CRISPR/Cas9. Bolo to v roku 2011 a E. Charpentierová sa chystala na mikrobiologickú konferenciu v Portoriku hľadať pomoc štruktúrneho biológa, ktorý by jej pomohol dešifrovať štruktúru Cas9.

Jennifer Doudnovú lákal CRISPR ako fascinujúci záhadný fenomén. Mala skvele rozbehnutú vedeckú skupinu na Kalifornskej univerzite v Berkeley. CRISPR sa začala venovať v roku 2006 ako malému zábavnému vedľajšiemu projektu napriek tomu, že v tom čase nevidela priame prepojenie vtedy kontroverznej bakteriálnej imunity s ľudským zdravím.

Na stretnutí v Portoriku v roku 2011 si E. Charpentierová a J. Doudnová veľmi rýchlo uvedomili svoju doplňujúcu sa vedeckú odbornosť. E. Charpentierová sa pozerala na CRISPR cez zdraviu škodlivé baktérie a J. Doudnová najmä cez RNA a jej úlohu vo vývoji života.

Len čo sa obe vrátili do svojich laboratórií, začali spolupracovať – J. Doudnová a jej tím na západnom pobreží USA a E. Charpentierová s jej kolegami sa rozdelili medzi Švédsko a Rakúsko. Pochopili, že je dôležité spojiť sily a že musia postupovať rýchlo, pretože príbeh bol fascinujúci, skvelý a najmä plný konkurencie. Nasledovali nekonečné e-maily a online rozhovory cez Atlantik. V dôsledku časového posunu bola spolupráca nielen intenzívna, ale údajne takmer nepretržitá.

Spočiatku experimenty nefungovali. Kombinácia purifikovaného proteínu Cas9 a kúska crRNA neurobila nič. No len čo do zmesi pridali tracrRNA, zrazu sa to rozbehlo. Ukázalo sa, že tracrRNA nehrala iba úlohu pri aktivácii systému, bola tiež potrebná na jeho plynulý chod. A potom prišla revolučná myšlienka, ktorá doslova zmenila svet. Vieme Cas9 naprogramovať tak, aby štiepila tam, kde chceme? Čo ak by Cas9 mohla fungovať aj v bunkách vyšších organizmov a dokonca ľudských bunkách? Ako urobiť tento systém nielen funkčným v bunkách vyšších organizmov, ale aj jednoduchým?

A tak tímy spojili crRNA a tracrRNA do jednej molekuly, sekvencie 20 párov báz, ktorá sa nazýva vodiaca RNA. Do polroka od zverejnenia výsledkov tohto výskumu ďalší vedci, čínsko-americký biochemik Feng Zhang (1981) pôsobiaci v Broad Institute na MIT a americký genetik, molekulárny inžinier a chemik George Church (1954) potvrdili, že to, čo navrhli ich kolegyne, skutočne funguje, a dokonca na nebakteriálnych bunkách. F. Zhang, G. Church a J. Doudnová ukázali, že pre CRISPR/Cas9 neexistujú druhové obmedzenia a že tieto genetické nožnice fungujú rovnako dobre v myších aj v ľudských bunkách. Tento objav bol revolučný. Hoci genetické inžinierstvo nebolo nič nové, CRISPR/Cas9 umožnil vedcom manipulovať s DNA na úplne novej úrovni, čo sa týka presnosti, pričom tento proces bol jednoduchší, lacnejší a rýchlejší.

Vľavo Emmanuelle Charpentierová, foto wikipédia/Bianca Fioretti, vpravo Jennifer Doudnová, foto wikipédia/Duncan Hul

Vľavo Emmanuelle Charpentierová, foto wikipédia/Bianca Fioretti, vpravo Jennifer Doudnová, foto wikipédia/Duncan Hul

Čítajte aj: 

Čo je momka a aký je proces zaradenia nových slov do slovenčiny?

Farby a zotrvačník (Experimenty)

 

Čo sa udialo vo výskume?

Nový prístup umelej inteligencie založený na bezdrôtových signáloch by mohol pomôcť odhaliť naše vnútorné emócie.

Vedci prišli na to, ako vyrábať materiály, ktoré sa samy prichytávajú a pohybujú, pričom sa spoliehajú iba na vlastnú energiu.

Podľa novej štúdie konzumácia hrozna pomáha chrániť pokožku pred ultrafialovým (UV) žiarením.

Novo popísaný druh Brookesia nana má dĺžku len dva centimetre a je najmenší spomedzi približne 11 500 známych druhov plazov.

Desať modrých sklených korálikov vyrobených v Benátkách bolo objavených na Aljaške v predkolumbovských náleziskách.

Doteraz sa nevedelo, prečo asi 10-metrové črevo vombata, čo predstavuje 10-násobok dĺžky tohto živočícha, doslova vyrezáva vo výkaloch ploché tvary s ostrými rohmi. Medzinárodný tím vedcov nedávno dokázal replikovať, ako vombat produkuje hranaté výkaly.

Vedec z Lekárskej fakulty Harvardovej univerzity tvrdí, že „nie je dôležité, ako dlho obrazovku používame, ale to, ako ju používame a čo sa deje v našich mozgoch ako odpoveď.“

Experiment skúmal kryštálovú štruktúru uhlíka pri rekordnom tlaku 2 000 GPa, čo je až päťnásobok tlaku v jadre Zeme.

Vedci nedávno potvrdili, že elektrické signály mucholapky podivnej generujú merateľné magnetické polia. Použitím atómových magnetometrov sa dokonca dá tento biomagnetizmus zaznamenať.

Výskum sedimentov v marťanskom kráteri Gale naznačuje, že podnebie tohto regiónu pred tromi miliardami rokov bolo pravdepodobne podobné súčasným podmienkam na Islande.

Astronómom sa podarilo nájsť sústavu so šiestimi exoplanétami, z ktorých päť sa pohybuje okolo svojej materskej hviezdy nezvyčajne synchronizovaným spôsobom. Toto usporiadanie by mohlo poskytnúť neoceniteľné informácie o procesoch vzniku aj vývoji planét aj v našej slnečnej sústave.

Čítajte viac…

Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 1. apríla 2021. Ak nechcete premeškať už ani jedno číslo časopisu, objednajte si zvýhodnené tlačené alebo elektronické predplatné na www.quark.sk/predplatne/.

Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku: www.facebook.com/casopisquark.

Zdroj: Quark
(GL)

SÚVISIACE ČLÁNKY

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.