Nestihli ste si kúpiť augustové číslo časopisu Quark? Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol posledný mesiac.
Zdroj: Stanislav Griguš
Pokles biodiverzity (Téma)
Jedným z najdôležitejších faktorov spôsobujúcich pokles diverzity vegetácie, najmä v Európe, je zmena vo využívaní krajiny. V minulosti boli polia, lúky a pasienky rozdrobené, obhospodarovali sa odlišným spôsobom a existovali aj prechodné typy krajiny, napríklad pasienkové lesy. Od druhej polovice minulého storočia však došlo k výraznej intenzifikácii a unifikácii (zjednocovaniu) poľnohospodárstva za vzniku rovnorodých rozľahlých polí. Naviac sa vo veľkých množstvách začali využívať agrochemikálie, ktoré okrem pestovaných druhov ničia všetky ostatné organizmy. Tieto zmeny umožnili podstatne zdvihnúť produkciu, no straty na biodiverzite krajiny boli a sú vysoké. Populácie drvivej väčšiny organizmov výrazne poklesli. Napríklad v priebehu rokov 1989 – 2016 bol v Nemecku zaznamenaný pokles v množstve hmyzu až o 75 percent a situácia je rovnako vážna v celej Európe.
Hmyz je pritom druhovo najbohatšou skupinou organizmov na planéte. Doposiaľ je opísaných 1,05 milióna druhov, kým druhá najpočetnejšia skupina, rastliny, zahŕňa len asi 423-tisíc druhov. Hmyz preto predstavuje veľmi významnú rolu v kolobehu živín, napríklad ako potrava pre iné druhy, od neho závisí veľká väčšina ďalších organizmov.
Ďalším poľnohospodárskym príkladom sú veľkochovy hospodárskych zvierat. Tie sú v súčasnosti koncentrované, predstavujú veľké zdroje dusíka. Zvieratá sú navyše kŕmené kukuričnou silážou z polí, pričom pasienky a lúky sa nevyužívajú, zarastajú konkurenčne silnejšími druhmi a ich biodiverzita sa prudko a rýchlo stráca.
Rôznorodosť vo využívaní krajiny sa netýka len poľnohospodárskej pôdy, ale aj lesov. Kým lesy v blízkosti ľudských sídel alebo priemyselnej, často banskej činnosti boli veľmi intenzívne využívané, tak lesy v odľahlých a málo osídlených častiach Slovenska mali naďalej charakter pralesov, prírodných lesov s rôznorodou štruktúrou.
V priebehu druhej polovice minulého storočia sa to však zásadne zmenilo. Intenzívne využívané lesy situované hlavne v nižších polohách, teda najmä dubiny, boli v minulosti obhospodarované tzv. výmladkovým spôsobom, t. j. regeneráciou z pňových vegetatívnych výmladkov. Rubný vek bol veľmi nízky, 10 až 40 rokov, pretože slúžili najmä na produkciu dreva ako paliva alebo kôry využívanej ako zdroj trieslovín pri spracovaní koží. S príchodom fosílnych palív a umelých prípravkov pre kožiarsky priemysel však tento účel stratili a začali sa hromadne meniť na tzv. vysoké lesy. To znamená na porasty regenerované zo semena s rubnou dobou viac ako 100 rokov. Okrem toho sa v lesoch prestali pásť hospodárske zvieratá, prestalo sa hrabať lístie na podstieľanie, či dokonca produkovať seno.
Naopak, lesy v odľahlých častiach krajiny so zachovaným prírodným charakterom boli postupne ťažené a premieňané na les tzv. vekových tried (rovnoveké porasty, z ktorých sa pri rubnom veku napríklad 100 rokov vyťaží každé desaťročie len 10 percent, a tým sa zabezpečí trvalé dorastanie desatiny obhospodarovaného územia do rubného veku). Účel bol pochopiteľný – využiť neobhospodarované lesy na produkciu dreva udržateľným spôsobom. Žiaľ, likvidáciou týchto tzv. prestarnutých porastov sme na Slovensku prišli takmer o všetky ostávajúce pralesy.
Zároveň rovnoveké bukové a smrekové hospodárske porasty sú druhovo chudobnejšie ako prírodné lesy. Bylinná vegetácia sa síce vo veku nad 80 rokov už blíži svojím charakterom k prírodným lesom, no zanedlho je les znova vyťažený. A iné organizmy, napríklad huby alebo vtáky, majú v týchto lesoch omnoho menšiu diverzitu.
Štrukturálne rôznorodý a druhovo pestrý prírodný les v Dobročskom pralese (vľavo). Podobné horské jedľovo-bukové lesy sa zachovali na rozsiahlych plochách v mnohých častiach Slovenska až do druhej polovice minulého storočia. Boli však systematicky ťažené a premieňané na rovnoveké porasty tzv. lesa vekových tried, často so zmenou drevinového zloženia v prospech smreka (vpravo). Tie sú druhovo chudobnejšie ako prírodné lesy. K likvidácii posledných zvyškov pralesov na Slovensku, žiaľ, dochádza aj v súčasnosti. Zdroj: František Máliš
Ďalšie články o prírode: Miniatúrny tiger, Okrídlené torpéda.
Kryoelektrónová mikroskopia (Rozhovor s Dominikom Hrebíkom)
V podzemí Stredoeurópskeho technologického inštitútu Masarykovej univerzity v Brne čierna oceľová škatuľa vysoká tri metre a drahšia ako päť áut Bugatti Veyron (8 miliónov eur) pumpuje terabity fotiek zmrazených vírusov a proteínov na úložné disky. Veľký čierny obal vnútri ukrýva jeden z najvyspelejších elektrónových mikroskopov súčasnosti – Titan Krios – schopný vytvárať obrázky biologických systémov s rozlíšením, ktoré bolo donedávna považované za nemožné.
Titan Krios v Brne je len jeden z mnohých kryoelektrónových mikroskopov na celom svete. Kryoelektrónový mikroskop funguje na podobnom princípe ako klasické svetelné mikroskopy. Tiež obsahuje sústavu šošoviek a zrkadiel, no na presvetlenie vzorky sa namiesto fotónov používajú elektróny urýchlené napätím až 300 kV a šošovky a zrkadlá nie sú sklené, ale tvoria ich elektromagnetické cievky. Najčastejšie sa týmto mikroskopom študujú biologické vzorky, ako sú vírusy a proteíny. Tie sú v normálnom stave rozpustené v kvapaline, kde sú stabilné aj niekoľko týždňov. Problémom je, že v kvapaline sa voľne pohybujú, a na to, aby sme boli schopní pozorovať vzorky elektrónovým mikroskopom, musia byť vzorky znehybnené vo veľmi tenkej vrstve s hrúbkou iba niekoľko desiatok nanometrov.
Historicky sa dosahovalo chemicky – vzorka vírusu alebo proteínu sa naviazala na tenký nosič, najčastejšie uhlík, a potom sa vysušená pozorovala pod mikroskopom. Chemikálie a vysušovanie však poškodzujú biologické vzorky do takej miery, že všetky detaily ich štruktúry sa nenávratne stratia. Preto sa v súčasnosti používa tzv. kryometóda imobilizácie, pri ktorej je malé množstvo biologickej vzorky (mikrolitre) nanesené na uhlíkovú mriežku s priemerom 3 mm. Následne sa väčšina vzorky odsaje filtračným papierom tak, aby vznikol veľmi tenký film vzorky s hrúbkou pár desiatok nanometrov, ktorý sa následne ponorí do podchladeného etánu s teplotou -175 °C, pričom sa šokovo zmrazí. Zmrazenie sa udeje tak rýchlo, že ani molekuly vody nestihnú skryštalizovať na ľad – tento proces sa nazýva vitrifikácia a môžeme si ho predstaviť, ako keby sa vo vzorke zastavil čas. Za tento proces bola v roku 2017 udelená spoločná Nobelova cena Jacquovi Dubochetovi.
Keď sa spýtate štrukturálneho biológa, prečo je jeho práca dôležitá, väčšinou dostanete rovnakú odpoveď, akési nepísané motto: „Štruktúra ukrýva funkciu.” V nanosvete je poznanie detailov rovnako dôležité pre pochopenie princípu funkcie stroja ako v makrosvete. Ako paralelu uvediem auto. Keď ho pozorujeme zvonku, vidíme, že sa pohybuje vďaka motoru, ale to, ako funguje motor, zistíme, až keď ho rozoberieme do poslednej skrutky, prípadne získame jeho detailné plány.
Podobne vidia štrukturálni biológovia napríklad ribozómy – obrovské komplexy proteínov a RNA. Vidia, že majú nejakú funkciu – čítajú informáciu z mRNA a na jej základe syntetizujú proteíny -, ale presný mechanizmus čítania mRNA a následnej syntézy proteínov sa dá zistiť len tak, že sa získa veľmi detailná štruktúra ribozómu. Veľmi detailná znamená, že sa zistí pozícia všetkých atómov, ktoré ribozóm tvoria.
3D štruktúry bakteriofágu P68 (A) a rinovírusu 14 (B). Štruktúry sú ofarbené podľa jednotlivých typov proteínov. Zdroj: Dominik Hrebík
Mgr. Dominik Hrebík pôsobí v laboratóriu štruktúrnej virológie Pavla Plevku na Stredoeurópskom technologickom inštitúte Masarykovej univerzity (CEITEC MU) v Brne. Venuje sa štúdiu bakteriofágov a ľudských enterovírusov, ktoré skúma pomocou kryoelektrónovej mikroskopie. Tiež sa zaujíma o vývoj nových metód pre kryoelektrónovú mikroskopiu. Vyštudoval biochémiu na Masarykovej univerzite v Brne, kde sa pôvodne zaoberal nukleomagnetickou rezonanciou. Usiluje sa popularizovať vedu písaním článkov a zábavnými divadelnými vystúpeniami v súťaži Science Slam.
Na chvíľu dinosaurom (Paleontológia)
V roku 2020 vyšla v prestížnom časopise Nature práca, ktorá predstavovala úžasný objav. Išlo o najmenšieho dinosaura vôbec, veľkosťou by sa dal prirovnať ku kolibríkovi – dĺžka jeho lebky je 17 mm (autori dokonca pôvodne uvádzali iba 14 mm). Nález pochádza z kriedového jantáru zo severného Mjanmarska a má 99 miliónov rokov. Objav, akému niet páru – hlava maličkého dinosaura zachovaná v jantári – obletel svet. A autorom priniesol, ako inak, nehynúcu slávu.
V skutočnosti až taká nehynúca nebola. Ako sa totiž ukázalo, bol to omyl. Nešlo vôbec o dinosaura, ale o bizarného jaštera, o šupinatého plaza, ako sú v súčasnosti jašterica zelená, slepúch lámavý či chameleón. Ako si ho však odborník mohol pomýliť s dinosaurom?
Jeho morfológia je naozaj bizarná, celkovým výzorom pripomína jeho lebka dinosaura (alebo ak chcete, vtáka so zubami). V každom prípade nová interpretácia a fylogenetické umiestnenie zdôrazňujú zriedkavý prípad konvergencie šupinatých jašterov v proporciách lebky s dinosaurami, ale zjavne nie v ich morfologických znakoch. Lebo ak si detailne prezriete anatómiu kostí zástupcov rodu Oculudentavis, nedáte sa v žiadnom prípade oklamať. Ak teda viete, na čo sa máte pozerať.
Tu sa dostávame blízko ku koreňu celého problému. Autori daného článku sú špecialistami na dinosaury, a tak v náleze akosi automaticky videli dinosaura. Dokonca pri ich fylogenetickej analýze (analýza študujúca príbuzenské vzťahy druhov v rámci evolučných línií) použili maticu, ktorá obsahovala iba dinosaury vrátane tých vtáčích. Preto nebolo prekvapením, že tento dinosaurus bol v podstate zaradený ako sesterský ku všetkým ostatným. Nový živočích z jantáru dostal vedecké meno Oculudentavis khaungraae. A tak sa malý jašter stal na chvíľku jedným z veľkých dinosaurov. Ak by o tom vedel, kto vie, či by sa pýšil pred ostatnými jaštermi tej doby svojím novým rodokmeňom. Alebo možno aj nie, možno bol jašter-patriot. Spýtať sa ho už predsa len nemôžeme.
Odhalil sa tu problém, ktorý bude v budúcnosti možno čoraz výraznejší – vidieť iba svoju oblasť výskumu bez širších súvislostí sa jednoducho nevypláca. Ak si ako vedec totiž nedáte pozor, vidíte to, čo chcete vidieť, veľmi jednoducho (nemusí to byť vedomý zámer, aj vedci sú iba ľudia, preto existujú recenzné posudky). No a vidieť to, čo chceme, najmä keby výsledkom mohol byť článok v Science alebo Nature, je predsa len lákavé.
Nedá sa vedieť všetko, dokonca aj vo svojom vlastnom odbore má človek čo robiť, aby udržal tempo. Preto sa častejšie pracuje v tímoch, kde jeden vie to, čo ten druhý nie. Tvrdiť alebo myslieť si, že nejaká informácia z iného odboru mi bude zbytočná, jednoducho nie je zdravé.
Premýšľajme chvíľu nad tým, čo majú géniovia ako napríklad Albert Einstein alebo Chares Darwin spoločné. Keby som mal povedať jednu vec, bola by to ich zvedavosť, a teda aj široká rozhľadenosť. Ako je dobre známe, Darwin na teóriu prírodného výberu prišiel pri čítaní knihy o ekonómii (Malthusova Esej o princípoch populácie). Iba mu potom, vyzbrojenému predošlými vedomosťami o prírode, docvakla jednotnosť princípov a mechanizmu. A práve v tom je tá genialita. Ako hovorím aj svojim študentom, každá informácia, aj tá zo zdanlivo susednej oblasti tej vašej, vám rozšíri obzor. Čím viac bude takých informácií vedieť, tým budete rozhľadenejší. Všetky informácie sa niekde vzadu predsa len uložia a nikdy neviete, ako a kedy ich budete potrebovať – potom je už len krôčik k tej povestnej rozsvietenej žiarovke nad hlavou.
Nejde tu o pamätanie si detailov – tie si ľahko vyhľadáte na internete.
Je to trochu ako s obrazom impresionistu. Ak stojíte príliš blízko, nepochopíte ho. Zmysel a krásu vám odhalí, až keď od neho odstúpite. Kto sa niekedy díval na originál od Moneta, vie, o čom hovorím. I vo vede sú dôležité všetky kroky. Niekedy tie dopredu, ale niekedy aj tie dozadu. Iba tak môžete vidieť celý problém, jeho krásu, súvislosti a riešenia v širšom meradle.
Pôvodná rekonštrukcia dinosaura Oculudentavis khaungraae z jantáru starého 99 miliónov rokov. Zdroj: Han Zhixin
Viac z paleontológie: Pravekí nováčikovia na scéne.
Iné zeme, iné životy (Astrobiológia)
Ako sa skúmajú exoplanéty, kam nemôžeme vyslať sondy? Tu je aktuálna vzorka. Lisa Kalteneggerová z Cornellovej univerzity a Jackie Fahertyová z Amerického prírodovedného múzea (oboje USA) sa na vec pozreli z opačnej perspektívy: my sledujeme exoplanéty pri ich tranzitoch, prechodoch pred kotúčikmi materských hviezd, od iných hviezd vidno tranzity Zeme pred Slnkom.
V časopise Nature oznámili, že našli 2 034 takých hviezd do vzdialenosti 326 svetelných rokov. Až od 1 715 hviezd nás mohli pozorovať v posledných 5 000 rokoch, koľko trvá ľudská civilizácia; od 319 nás uvidia v najbližších 5 000 rokoch; 117 hviezd je do 100 svetelných rokov a od 75 z nich nás mohli objaviť v poslednom storočí, odkedy na Zemi vysiela rádio. Od hviezdy Ross 128 s planétou zemského typu, vzdialenej len 11 svetelných rokov, už nás mohli vidieť; od hviezdy Trappist-1 vzdialenej 45 svetelných rokov, ktorá má sedem planét zemského typu (až štyri v obývateľnej zóne), nás ešte len uvidia.
Možno sa nám až polovica planét zemského typu zatiaľ stráca v žiare zložiek materských dvojhviezd, ako to vyplýva z nových pozorovaní hviezd, ktorých exoplanéty pôvodne objavilo kozmické observatórium NASA TESS ďalekohľadmi Gemini na Havaji a v Čile. Uviedol to tím Katie Lesterovej z Amesovho strediska pre kozmické lety NASA v časopise Astronomical Journal.
Iain McDonald z Manchesterskej univerzity (Veľká Británia) medzitým s kolegami v časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society predložil ďalšie dôkazy existencie bludných planét bez materskej hviezdy. Štyri z takýchto skúmaných planét sú zemského typu. Základom výskumu boli dáta z Keplerovho kozmického ďalekohľadu NASA, v ktorých vedci našli prejavy tzv. gravitačnej mikrošošovky zodpovedajúce takým planetárnym telesám.
Takmer každý astrobiologický výskum zahŕňa analýzu faktorov, ktoré by mohli podporiť či potlačiť vznik a dlhodobú existenciu života na tej-ktorej planéte. V pozadí býva otázka, ktorá znie: „Je pozemský život lokálnym prejavom všeobecného typu vesmírneho života, lokálnym prejavom jedného z viacerých typov vesmírneho života alebo čímsi úplne unikátnym?”
Zmysluplnejšie je hovoriť o živote, ako ho poznáme na Zemi. Vyžaduje aspoň akú-takú stabilitu prostredia a ochranu pred kozmickými rizikami, ako sú dopady vesmírnych telies. Nová analýza ukázala, že také veľké bombardovanie pokračovalo až do doby pred približne 2,5 miliardy rokov. Od doby pred 3,5 miliardy rokov sa opakovalo priemerne každých 15 miliónov rokov, desaťkrát častejšie, ako sa myslelo, aj rozmernejšími telesami, než bola asi 10 km planétka, ktorá zahubila veľké dinosaury. Na nedávnej virtuálnej Goldschmidtovej konferencii o geochémii to oznámil Simone Marchi z Juhozápadného výskumného ústavu v coloradskom Boulderi (USA) s kolegami na základe rozloženia vrstiev drobných sklovitých častíc, tzv. sferúl, na Zemi. Dopady museli výrazne ovplyvniť obsah kyslíka v atmosfére.
Giovanni Covone z Neapolskej univerzity (Taliansko) s kolegami uverejnil v časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society analýzu exoplanét. Zistili, že vývoj pozemských podmienok na potenciálne obývateľných planétach nemusí byť taký častý, ako sa domnievajú niektorí vedci. Najmä čo sa týka rozvoja fotosyntézy, ktorá na báze oxidu uhličitého, vody a svetla produkuje kyslík a živiny, pretože až tá umožnila vznik zložitej biosféry na Zemi.
Umelecké znázornenie hviezd (hviezdny pás pretínajúci Zem na pozadí Mliečnej cesty, Slnko je vľavo), od ktorých bolo v 30 posledných 5 000 rokoch vidno alebo bude vidno v nasledujúcich 5 000 rokoch tranzity Zeme pred kotúčom Slnka. Zdroj: Jeff Tyson, Open Space/American Museum of Natural History
Prečítajte si aj: Exoplanéta hviezdy Vega, Planéta s príjemnou teplotou
Lietadlo z papiera (Experimenty)
Čo sa udialo vo výskume?
Divé čínske horské mačky nie sú predkami domácich mačiek, ale navzájom si vymieňajú gény.
Čítajte viac…
Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 2. septembra 2021. Ak nechcete premeškať už ani jedno číslo časopisu, objednajte si zvýhodnené tlačené alebo elektronické predplatné na https://www.quark.sk/predplatne/. Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku https://www.facebook.com/casopisquark.
Zdroj: Quark
(DK)
