Znajdź zawartość

Nie od dzisiaj wiemy, że ludzkość od dawna wywiera wpływ na środowisko naturalne. Jednak znalezienie dowodów na wczesny taki wpływ jest czymś niezwykle rzadki. Tym rzadszym, gdy mamy do czynienia z dowodami wskazującymi na poważne zmiany wywołane przez człowieka. Międzynarodowy zespół naukowy poinformował na łamach Science Advances, o znalezieniu dowodów, że ponad 2000 lat temu działalność rolnicza spowodowała długotrwale zmiany w cyklu obiegu azotu. Irlandzcy rolnicy epoki brązu doprowadzili do takich zmian, że w swoim szczytowym okresie zaburzyły one obieg azotu pomiędzy atmosferą, glebą a oceanami. Badając, kiedy i jak starożytne społeczności zmieniły rozkład składników odżywczych w glebie na poziomie molekularnym zyskujemy lepszą wiedzę o tym, kiedy ludzie po raz pierwszy przyczynili się do zmian środowiskowych, mówi główny autor badań doktor Eric Guiry z University of British Columbia. Naukowcy przeprowadzili analizy stabilnych izotopów w 712 kościach zebranych z co najmniej 90 stanowisk archeologicznych w Irlandii. Odkryli znaczące zmiany w poziomie azotu, który z gleby i roślin trafiał wraz z pożywieniem do organizmów zwierząt. Naukowcy są przekonani, że zmiany te były spowodowane coraz większą intensywnością rolnictwa, rozwojem pasterstwa i postępującym wylesianiem. Uzyskane obecnie wyniki są specyficzne dla Irlandii epoki brązu, jednak Guiry jest przekonany, że podobne ślady można znaleźć na całym świecie. Wpływ działalności człowieka na obecność azotu w glebie można będzie wyśledzić wszędzie tam, gdzie ludzie intensywnie modyfikowali krajobraz na potrzeby rolnictwa. Nasze badania mogą posłużyć jako model dla przyszłych odkryć. « powrót do artykułu

Od czasu odkrycia grafenu trwają prace nie tylko nad zbadaniem jego właściwości, ale również nad ich zmianą, nadaniem mu bardziej pożądanych cech. Jedną ze stosowanych metod jest domieszkowanie grafenu innymi pierwiastkami. Dotychczas jednak nie było wiadomo, co dzieje się w takim wzbogaconym grafenie. Naukowcy z Columbia University, koreańskiego Sejong University oraz SLAC National Accelerator Laboratory i Brookhaven National Laboratory połączyli siły by uzyskać szczegółowy obraz grafenu i wprowadzonych doń obcych atomów. Za pomocą czterech różnych technik obrazowania sprawdzili, co się dzieje, gdy grafen zostanie wzbogacony azotem. Okazało się, że atomy azotu zajmują miejsce atomów węgla i że dodatkowy elektron wprowadzany wraz z azotem zmienia właściwości struktury elektronicznej grafenu, ale tylko w odległości około dwóch atomów węgla od atomu azotu. Okazuje się zatem, że możliwe jest precyzyjne kontrolowanie właściwości elektronicznych wzbogaconego grafenu, co jest niezwykle ważne, jeśli chcemy wykorzystywać go do produkcji elektroniki. Nie staramy się ulepszyć już istniejących systemów. Chcemy wyznaczyć nowe kierunki i, być może, umożliwić uzyskanie znacznie lepszej efektywności - stwierdziła Theanne Schiros z University of Columbia. Dodała, że badania te udowodniły, iż domieszkowanie grafenu jest dobrą strategią, mogącą doprowadzić do uzyskania materiału o pożądanych właściwościach. Naukowcy wykorzystali chemiczne osadzanie z fazy gazowej do uzyskania wzbogaconego grafenu, który umieszczany był na miedzianej folii. Część próbek badano na folii, a część po przeniesieniu grafenu na dwutlenek krzemu. Próbki badano za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego, spektroskopii ramanowskiej oraz promieni X. Spektroskopia ramanowska wykazała, że wprowadzenie azotu nie zaburzyło podstawowej struktury grafenu. Z kolei dzięki dwóm różnym technikom badania za pomocą promieni X stwierdzono, że azot leży równo w stosunku do atomów węgla i że łączy się z trzema atomami. Oznacza to, że zastąpił on dokładnie jeden atom węgla. W końcu mikroskop pokazał atomy azotu jako jasne punkty w strukturze, co pozwoliło je policzyć i stwierdzić, że azot stanowi od 0,23 do 0,35 procenta atomów węgla.

Fizycy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB) oraz niemieckiego Uniwersytetu w Konstancji dokonali przełomowego odkrycia w dziedzinie wykorzystania diamentów w fizyce kwantowej. Ich prace mogą znaleźć zastosowanie w komputerach kwantowych. Uczonym udało się przesłać kwantową informację z elektronu w diamencie do sąsiedniego jądra atomu i z powrotem przy użyciu układu scalonego. Już przed dwoma laty informowaliśmy, że profesor Marshall Stoneham z Londyńskiego Centrum Nanotechnologii na University College London stwierdził, iż diament będzie dla komputerów kwantowych tym, czym krzem jest dla współczesnych maszyn. To odkrycie może być użyteczne przy opracowywaniu atomowej wielkości elementów pamięci komputera kwantowego, bazujących na diamencie. Stany subatomowe są bowiem lepiej izolowane od destrukcyjnych wpływów zewnętrznych - mówi profesor David Awschalom z UCSB. Uczony dodaje, że badania wspomniane badania dowiodły, iż możliwe jest przeprowadzenie operacji o wysokim stopniu niezawodności na kwantowej bramce, co pozwala na przesłanie w temperaturze pokojowej pełnej kwantowej informacji pomiędzy spinem elektronu a spinem jądra atomu. Cały proces jest skalowalny, co otwiera drogę do budowy kwantowych układów pamięci. Azot to jedno z najczęściej spotykanych zanieczyszczeń diamentów. Gdy atom azotu w diamencie sąsiaduje z pustym miejscem w strukturze krystalicznej, wprowadzany tam dodatkowy element zapewnia nadmiarowy elektron, który zostaje uwięziony w dziurze. Już wiele lat temu wiedziano, jak zmienić spin takiego elektronu i wykorzystać to jako kwantowy bit. Teraz profesor Awschalom odkrył, w jaki sposób można powiązać spin elektronu ze spinem sąsiadującego jądra azotu. Szczególnie interesujący jest fakt, że atom azotu jest tutaj częścią niedoskonałości, a to oznacza, że takie subatomowe elementy pamięci będą się automatycznie skalowały w zależności od liczby bitów w komputerze kwantowym - stwierdził Greg Fuchs, jeden z głównych autorów badań. Naukowców wciąż czekają poważne wyzwania. Jednym z nich jest znalezienie sposobu na szybki transfer informacji z atomów azotu, zanim ulegną one dekoherencji.

Zdolność półprzewodnikowych ogniw słonecznych do wykorzystywania światła naszej gwiazdy zależy od przerw energetycznych charakteryzujących użyte materiały. Jako że żaden półprzewodnik nie ma odpowiednich właściwości pozwalających mu na pracę z całym spektrum światła, dotychczas opracowane ogniwa, które potrafią je wykorzystywać, zbudowane są z wielu warstw różnych półprzewodników. To z kolei powoduje, że ich produkcja jest na tyle kosztowna, iż żadne takie ogniwa nie są dostępne w sprzedaży na rynku konsumenckim. Władysław Walukiewicz i kierowany przezeń zespół Solar Energy Materials Research Group w Lawrence Berkeley National Laboratory stworzyli właśnie ogniwa, które nie tylko współpracują z całym spektrum światła słonecznego, ale ich produkcja jest łatwa i tania. Walukiewicz i Kin Man Yu od 2002 roku pracują nad znalezieniem odpowiednich materiałów na ogniwa słoneczne. Mają na swoim koncie spore osiągnięcia, jednak wszystkie dotychczas opracowane materiały były drogie i trudne w produkcji. Tym razem naukowcy wykorzystali powszechnie używany w przemyśle półprzewodnikowym arsenek galu, ale zastąpili w nim część atomów arsenu azotem. Wprowadzili w ten sposób do materiału kolejną przerwę energetyczną, a uzyskany tak materiał można produkować za pomocą metody MOCVD (metaloorganiczne chemiczne osadzanie z fazy gazowej), która jest obecnie szeroko stosowana w przemyśle. Arsenek galu wzbogacony azotem znany jest od lat, ale osiągnięciem zespołu Walukiewicza jest odpowiednia architektura przerw energetycznych. Uczeni założyli, że warunkiem działania ich ogniwa będzie dobre odizolowanie pośredniej przerwy od miejsc, w których gromadzone są ładunki elektryczne. Przerwa pośrednia musi absorbować światło, ale nie może przewodzić prądu - wyjaśnia Walukiewicz. Testowe urządzenie gromadziło elektrony z przerwy przewodzącej i dziury z przerwy walencyjnej. Przerwa środkowo była zablokowana i od góry i od dołu. Dla porównania stworzono niemal identyczne urządzenie, w którym przerwa pośrednia była zablokowana tylko od góry. Testy wykazały, że urządzenie docelowe - to z zablokowaną przerwą - bardzo dobrze odpowiada na światło słoneczne i reaguje na spektrum od podczerwieni (1,1 eV) do ultrafioletu (3,2 eV). Z kolei urządzenie z odblokowaną przerwą pośrednią dobrze reagowało tylko na bliską podczerwień.

Pewne nietoperze z Borneo mieszkają w dzbankach roślin owadożernych. Nepenthes rafflesiana elongata korzystają z pozostawionych przez lokatorów odchodów, a latające ssaki z gatunku Kerivoula hardwickii skutecznie ukrywają się przed niechcianym towarzystwem. Wcześniej widywano wiewióreczniki korzystające z dzbanków roślin owadożernych jak z toalety, jednak po raz pierwszy udokumentowano, że jakieś ssaki w nich mieszkają. Rośliny owadożerne z rodzaju Nepenthes żyją na ubogich glebach, dlatego polują na owady, by pozyskać z nich odpowiednią do wzrostu ilość azotu. N. rafflesiana elongata występuje na bagnach torfowiskowych oraz w lasach wrzosowiskowych Borneo i ma imponującej wielkości dzbanki. Niestety, w ramach wcześniejszych badań wykazano, że chwyta do 7 razy mniej owadów niż inne gatunki Nepenthes na wyspie. Dr Ulmar Grafe i jego zespół dociekali, jak w takim razie rośliny te radzą sobie z niedoborami azotu. W ten sposób zauważono, że dzbanecznik wszedł w relację mutualistyczną z nietoperzem. Jak napisano w artykule opublikowanym w piśmie Biology Letters, K. hardwickii lokują się powyżej płynu trawiennego. I tak dzbanecznik zdobywa nawóz, a ssak korzysta z bezpiecznego schronienia, wolnego od wysysających krew pasożytów zewnętrznych, które często gromadzą się w gniazdowiskach nietoperzy – tłumaczy Grafe.

Bakterie kojarzą się głównie ze śmierdzącymi substancjami, które produkują – warto wspomnieć choćby o siarkowodorze czy merkaptanach – lecz okazuje się, że organizmy te dysponują też molekularnym nosem. Zespół mikrobiologów z Uniwersytetu w Newcastle wykazał, że bakterie potrafią w ten sposób wykryć lotne związki, np. amoniak, wytwarzane przez inne rywalizujące z nimi mikroby. Zespół doktora Reinderta Nijlanda ustalił, że po "wyniuchaniu" konkurencji bakterie zaczynają tworzyć biofilm – czyli trójwymiarową kolonię zawieszoną w macierzy zewnątrzkomórkowych polimerów, która może przylegać do wilgotnych powierzchni. Z biofilmami związana jest lekooporność, stanowią one również główną przyczynę zakażeń implantów medycznych, takich jak zastawki serca, endoprotezy bioder czy nawet implanty piersi. Poza tym Brytyjczycy wspominają o tzw. biofoulingu, o którym po raz pierwszy napisano na początku XX wieku. W literaturze limnologicznej organizmy poroślowe nazwano wtedy mianem Aufwuchsmarine biofouling. Obrastanie kadłubów statków przynosi ogromne straty. Stają się one bowiem nadmiernie obciążone, co wiąże się ze zwiększonym tarciem i zużyciem paliwa. Odkrycie Nijlanda pozwoli lepiej zrozumieć mechanizm tworzenia biofilmów oraz ustalić, jak nimi manipulować dla naszych korzyści. To pierwszy dowód na istnienie bakteryjnego nosa, zdolnego do wykrywania potencjalnych konkurentów. Biofilm odgrywa ważną rolę zarówno w warunkach medycznych, jak i przemysłowych, dlatego fakt, że komórki tworzyły go pod wpływem ekspozycji na amoniak, ma kapitalne znaczenie [...]. Następnym krokiem będzie zidentyfikowanie nosa lub czujnika, który realizuje funkcję powonienia. Najnowsze odkrycie pokazuje, że bakterie dysponują co najmniej czterema z pięciu zmysłów: 1) reagują na światło, co odpowiada wzrokowi, 2) przejawiają zależną od kontaktu ekspresję genów (dotyk), 3) reagują na obecne w środowisku związki chemiczne i toksyny albo pod wpływem bezpośredniego kontaktu (smak), albo 4) stykając się z nimi przez powietrze (powonienie). Amoniak to jedno z najprostszych źródeł azotu – składnika kluczowego dla bakteryjnego wzrostu. Używając dwóch konkurencyjnych gatunków bakterii Bacillus subtilis i B. licheniformus, akademicy wykazali, że lotny amoniak stymulował tworzenie biofilmu, a siła reakcji spadała w miarę zwiększania odległości między koloniami. Zmysł węchu zaobserwowano u wielu istot, nawet u drożdży i śluzowców, ale nasze studium pokazuje po raz pierwszy, że powonienie występuje także u bakterii. Z ewolucyjnego punktu widzenia wierzymy, że to może być pierwszy przykład na to, jak żyjący organizm nauczył się wyczuwać inne organizmy – podsumowuje nadzorujący projekt prof. Grant Burgess.

Na University of Arizona przeprowadzono pierwszy eksperymentalny dowód na to, że Tytan, księżyc Saturna, jest w stanie podtrzymać życie. Ziemia i Tytan to jedyne duże ciała niebieskie w naszej najbliższej okolicy, które posiadają grubą atmosferę, w której dominuje azot. Tytan jest dlatego tak interesujący, gdyż posiada atmosferę zdominowaną przez azot, a chemia organiczna może odpowiedzieć nam na pytanie, jak rozpoczęło się życie na Ziemi. Azot to niezbędny składnik życia - mówi autor badań, Hiroshi Imanaka z uniwersyteckiego wydziału chemii i biochemii. Jednak w skład molekuł tworzących życie nie może wejść każda forma azotu. Najpierw musi ulec ona przekształceniu w bardziej aktywną, reaktywną formę. Imanaka we współpracy z Markiem Smithem utworzyli w laboratorium azotowo-metanową mieszaninę, podobną do atmosfery Tytana, a później, poddając gaz działaniu wysokoenergetycznych promieni ultrafioletowych zamienili ją w mieszaninę gazu zawierającą molekuły organiczne. Promieniowanie ultrafioletowe symulowało wpływ Słońca na atmosferę Tytana. Eksperyment pokazał, że w takich warunkach większość azotu zaczęła tworzyć stałe molekuły, a nie gazowe. To ważne odkrycie, gdyż wcześniejsze teoretyczne modele przewidywały, że proces ten będzie znacznie wolniejszy. Hiroshi Imanaka mówi, że Tytan wydaje się nam pomarańczowy właśnie z powodu organicznych molekuł unoszących się w jego atmosferze. Z czasem molekuły te mogą opadać na powierzchnię księżyca i tam mogą zostać poddane działaniu czynników, które mogą utworzyć życie. Obecnie jednak nie ma dowodu na to, że wspomniane cząsteczki rzeczywiście zawierają azot. Eksperyment z Arizony pokazuje jednak, iż jest to możliwe. Prowadzenie podobnych badań jest bardzo ważne z punktu widzenia eksploracji kosmosu. Pozwala to bowiem tak projektować urządzenia umieszczane w sondach, by szukały konkretnych rzeczy, których istnienie jest prawdopodobne. Możliwość znalezienia molekuł organicznych w atmosferze Tytana pojawiła się po misji sondy Cassini, której wyniki sugerowały, że promieniowanie ultrafioletowe powoduje powstawanie takich molekuł. By sprawdzić tę hipotezę Imanaka i Smith musieli z korzystać z synchrotonu Advanced Light Source w Berkeley. Kolejka naukowców do tego urządzenia jest jednak tak duża, że uczeni z Arizony mieli do dyspozycji jedynie dwa "okienka czasowe" w ciągu roku. Każde z nich składało się z 5-10 dni i 8 godzin do wykorzystania w ciągu każdego z nich. Dlatego też ich badania nie odpowiedziały na wszystkie pytania. Przeprowadzenie wszystkich eksperymentów zajęłoby bowiem lata. Początkowo, jak mówi Imanaka, atmosfera była wyjątkowo nerwowa, gdyż w analizowanym gazie nie mogli znaleźć azotu i nie mieli pojęcia, co się z nim dzieje. W końcu przeanalizowali za pomocą niezwykle zaawansowanych technik spektrometrycznych brązową maź, która osadziła się na cylindrze synchrotonu i znaleźli tam poszukiwany azot.

Dzięki udoskonaleniu pospolitego barwnika stosowanego m.in. w farbach badaczom z University of Illinois udało się uzyskać doskonały katalizator umożliwiający niszczenie mikroorganizmów i wirusów dzięki energii światła widzialnego. Co ciekawe, innowacyjna powłoka zachowuje swoje dezynfekujące właściwości nawet po 24 godzinach przechowywania w ciemności. W ostatnich latach naukowcy proponowali kilka rodzajów powłok zdolnych do aktywnego niszczenia patogenów dzięki TiO2, czyli tlenkowi tytanu (IV). Po oświetleniu lampą ultrafioletową cząsteczki tego związku uwalniają należące do siebie elektrony, które wchodzą z kolei w interakcje z cząsteczkami wody. Efektem tej serii zdarzeń jest powstanie wolnych rodników, czyli niezwykle aktywnych utleniaczy, zdolnych m.in. do niszczenia bakterii, grzybów czy wirusów. Choć powierzchnie pokryte TiO2 są skuteczne, istotnym problemem pozostaje konieczność ich aktywacji poprzez użycie stosunkowo drogich i niebezpiecznych dla ludzi lamp UV. Zespół dr. Jiana Ku Shanga z University of Illinois rozwiązał jednak ten problem dzięki wzbogaceniu TiO2 poprzez wymieszanie go z azotem. Powstający w ten sposób środek jest w stanie pochłaniać energię światła widzialnego i wykorzystywać ją do uwolnienia elektronów. Udoskonalony materiał wciąż nie był jednak dla dr. Shanga wystarczająco praktyczny. W miejscach szczególnie narażonych, takich jak sale operacyjne, idealne byłyby bowiem powłoki działające w sposób ciągły, a nie tylko za dnia lub przy włączonych światłach. Znalazł się jednak sposób na osiągnięcie tego celu. Było nim dalsze wzbogacenie mieszanki poprzez dodanie palladu - jednego z metali szlachetnych. Dodatkowy składnik mieszanki jest w stanie przechwycić część elektronów uwolnionych przez cząsteczki TiO2 i uwalniać je przez wiele godzin. Co prawda aktywność powłoki jest przez to nieco osłabiona (lecz nie na tyle, by przestała ona działać), lecz jej ochronne właściwości utrzymują się jeszcze przez 24 godziny od wyłączenia źródła światła. Oznacza to, że ważne powierzchnie, takie jak np. blaty na salach operacyjnych, mogłyby pozostawać wolne od patogenów nawet przez całą noc i nadawać się do użycia na następny dzień.

Fizycy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), którzy pracują nad rozwojem kwantowych komputerów, odkryli, że użycie diamentów może znacząco zwiększyć rozdzielczość urządzeń do obrazowania medycznego. Specjaliści uznali, że dobrym kandydatem do zapisywania kwantowych informacji będzie atom azotu uwięziony w diamencie. Badania wykazały, że jest to rozwiązanie niezwykle czułe na oddziaływanie pola magnetycznego i, co ważne, działa w temperaturze pokojowej. W diamentach czasami występują niedoskonałości. Jednym z najpopularniejszych zanieczyszczeń jest zastąpienie dwóch atomów węgla atomem azotu. Miejsce po drugim atomie węgla pozostaje puste. To właśnie te puste miejsca spowodowane oddziaływaniem azotu odpowiadają częściowo za błyszczenie się diamentu. Gdy diament z takim atomem azotu oświetlimy zielonym światłem, dwa pozbawione pary wzbudzone elektrony atomu azotu świecą jasnym czerwonym światłem. Amerykańscy naukowcy użyli niewielkich różnic w fluorescencji elektronów, by określić ich spin. Co najważniejsze, udało im się przetransferować zawartą w spinie informację pomiędzy jądrem atomu a elektronem. Dzięki temu można ją znacznie łatwiej odczytać, co zawsze stanowiło problem w systemach kwantowych. To kolejny mały krok w kierunku powstania komputerów kwantowych, jednak zanim prace Amerykanów znajdą zastosowanie w tego typu maszynach, mogą pomóc znacząco zwiększyć rozdzielczość urządzeń do obrazowania medycznego. Fizyk teoretyczny Jacob Taylor uważa, że w niedalekiej przyszłości mogą powstać czujniki wyposażone w diamentowy czubek, które będą w stanie wykonywać na pojedynczych komórkach czy molekułach testy za pomocą techniki rezonansu magnetycznego. Obecnie uznaje się, że tego typu badania nie są możliwe do przeprowadzenia, gdyż ich pola magnetyczne są zbyt słabe. Jednak ta technika charakteryzuje się bardzo niską toksycznością i może być stosowana w temperaturze pokojowej. Może ona pozwolić na zajrzenie do wnętrza pojedynczej komórki i wykonać wizualizację tego, co dzieje się w jej poszczególnych częściach - mówi Taylor.

Jaki jest idealny sposób na zdobycie "monopolu" na zamieszkiwanie na określonym obszarze? Wyjątkowo dobrym pomysłem wydaje się być dostosowanie się do przeżycia przy ogromnym niedoborze substancji odżywczej uznawanej za jedną z najważniejszych dla organizmów żywych. Właśnie to uczyniły gatunki żyjące w wyjątkowo niegościnnych wodach Morza Sargassowego. Odkrycia dokonali naukowcy z Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), prywatnego instytutu zajmującego się badaniami oceanograficznymi. Jak donoszą odkrywcy, zaobserwowane przez nich komórki wykazują cechy świadczące o doskonałym dostosowaniu do warunków skrajnie obniżonej zawartości fosforu i azotu w wodzie. Odnalezione w Morzu Sargassowym organizmy należą do kokolitoforów oraz okrzemek, jednokomórkowych składników planktonu roślinnego. Jak twierdzą naukowcy z WHOI, błony komórkowe tych glonów są pozbawione fosfolipidów - związków z grupy tłuszczowców, uznawanych dotąd za niezbędny składnik tych struktur. Zamiast tego, organizmy te wytwarzają lipidy bogate w betainę - związek o strukturze zbliżonej do jednego z aminokwasów wchodzących w skład białek, lecz niezawierający fosforu. Pozwala to na bardzo istotne ograniczenie zapotrzebowania na ten pierwiastek, który w wodach Morza Sargassowego dostępny jest w wyjątkowo niewielkich ilościach. Gdy wydawało się, że dokonano przełomowego odkrycia, okazało się, że... ewolucja zaszła jeszcze dalej. Okazało się bowiem, że jeszcze lepiej dostosowane do niedostatku podstawowych składników są sinice (cyjanobakterie) - organizmy zdolne do przeprowadzania fotosyntezy, lecz zaliczane ze względu na budowę komórek do królestwa bakterii. Jak wykazały badania, budowa błon komórkowych sinic jest jeszcze prostsza, niż u kokolitoforów i okrzemek. Zamiast zawierającej azot betainy, cząsteczki lipidów otaczające ich komórki powstają przy udziale związku zwanego SQDG, zawierającego siarkę. Pozwala to cyjanobakteriom nie tylko na przeżycie przy obniżonej zawartości fosforu, lecz także na ominięcie kolejnego poważnego ograniczenia, jakim jest skrajnie niskie stężenie azotu. Zdolność do życia w środowisku niemal całkowicie pozbawionym związków azotu i fosforu, dwóch pierwiastków uznawanych za podstawowe budulce żywych komórek, zapewnia sinicom niezwykłą przewagę w ewolucyjnym wyścigu o zasoby środowiska. Zdaniem jednego z autorów odkrycia, Benjamina van Mooya, zebrane informacje mogą odegrać istotną rolę w badaniach nad funkcjami życiowymi planktonu i całych ekosystemów morskich. Jedyny problem mają teraz autorzy podręczników biologii, którzy muszą napisać od nowa przynajmniej niektóre rozdziały swoich dzieł...

Nowe badania wykazują, że gwałtownie rośnie liczba martwych stref w światowych morzach i oceanach. Spływające do nich nawozy sztuczne oraz wykorzystywanie paliw kopalnych przyczyniają się do występowania anoksji, czyli niedoboru tlenu w niżej położonych wodach, które są kluczowe dla stanu środowiska morskiego. To z kolei powoduje olbrzymie straty w gospodarce. Gdy w roku 1976 doszło do anoksji na obszarze 1000 kilometrów kwadratowych u wybrzeży stanów Nowy Jork i New Jersey, straty w rybołówstwie i turystyce oszacowano na ponad 500 milionów dolarów. Obecnie w zatoce Chesapeake każdego roku traconych jest niemal 83 000 ton ryb i innych zwierząt morskich, które można by komercyjnie wykorzystać. W Zatoce Meksykańskiej straty to 235 000 ton rocznie. Jeszcze w latach 60. ubiegłego wieku w morzach i oceanach istniało 49 miejsc martwych z powodu anoksji. Obecnie jest ich już 405. Co gorsza, te martwe strefy rzadko wracają to życia. Takim pozytywnym wyjątkiem było Morze Czarne, które odrodziło się po upadku Związku Radzieckiego i związaną z tym redukcją zanieczyszczeń trafiających do jego wód. Gdy do wód trafiają nawozy sztuczne, przyczyniają się one do olbrzymiego rozrostu alg, które w końcu giną i opadają na dno. Tam stają się pożywieniem dla mikroorganizmów zużywających tlen. Zaczyna go brakować rybom i innym morskim stworzeniom, które masowo giną. W pozbawionym tlenu środowisku rozmnażają się bakterie beztlenowe, produkujące silnie trujący siarkowodór. Głównym winowajcą rozrostu alg jest azot obecny w nawozach sztucznych. Trafia on do oceanów również z paliw kopalnych. Gdy je spalamy, do atmosfery emitowane są tlenki azotu, które później, wraz z deszczem, trafiają do mórz i oceanów. Nadzieją na powstrzymanie tworzenia się kolejnych martwych stref jest przejście transportu na paliwa alternatywne. Wciąż jednak nie wiadomo, jak poradzić sobie z azotem w nawozach sztucznych. Naukowcy szukają sposobu na to, by po użyciu nawozu azot pozostał w glebie, a nie spływał do wody. Jednym z rozwiązań jest propozycja firmy Arcadia Biosciences, która oferuje rośliny z bardziej aktywnym niż zwykle genem odpowiedzialnym z absorpcję azotu z gleby. Dzięki temu, jak zapewnia Arcadia, identyczne plony można uzyskać używając o połowę mniej nawozów. Nad podobnymi technikami pracują tacy giganci jak Monsanto Company i Pioneer Hi-Bred International. Ich rośliny nie trafią jednak na rynek wcześniej niż w roku 2012. Eric Rey, szef Arcadia Biosciences, ma nadzieję, że nowe rośliny szybko zdobędą sobie uznanie amerykańskich farmerów i około roku 2018 będziemy świadkami gwałtownego zmniejszenia ilości wykorzystywanych nawozów sztucznych. Nawet jednak to może nie rozwiązać problemów martwych stref, bowiem już w tych istniejących przez długi czas będą powstawały związki azotu. Drugim z czynników, dla których martwe strefy rzadką odżywają, jest fakt, iż warstwy chłodnej, niżej położnej i ubogiej w tlen wody nie mieszają się z wyżej położonymi warstwami rzek. Potrzebne są silne wiatry, takie jak np. huragan Katrina, by uległy one zmieszaniu i by w martwej strefie, przynajmniej czasowo, zakwitło życie. Tak więc aby liczba martwych stref w morzach i oceanach nie rosła i by nie rosły związane z tym straty ekonomiczne, konieczna jest rewolucja w transporcie, rolnictwie i "wsparcie" ze strony huraganów.

Nadmierny poziom tlenku azotu (NO) w wydychanym powietrzu jest wyraźnym wskaźnikiem podwyższonego ryzyka astmy - donoszą naukowcy. Może to oznaczać szansę na stworzenie prostego i skutecznego testu przesiewowego wykrywającego osoby zagrożone zapadnięciem na tę chorobę. W czasie badań odkryto, że oddech u dzieci wykazujących częstsze napady świszczącego oddechu (jest to znaczący czynnik ryzyka rozwoju astmy i jednocześnie jeden z jej symptomów) zawiera znacznie większe ilości NO, niż u dzieci prezentujących ten objaw rzadziej. Jest to istotna informacja, gdyż liczne inne badania są niewystarczające z uwagi na wiele chorób, w przebiegu których może się pojawić świszczący oddech. Tlenek azotu jest naturalnym związkiem chemicznym produkowanym w obrębie miejsca objętego stanem zapalnym. Z tego powodu jest potencjalnie atrakcyjnym celem diagnostyki mającej na celu wykrycie rozwoju astmy, u podłoża której leży właśnie długotrwałe zapalenie w obrębie dróg oddechowych. Badania, wykonane w Szpitalu Dziecięcym w szwajcarskim Zurichu, objęły 391 dzieci. Spośród nich niemal połowa, czyli 190 osób, wykazywała nieliczne (tzn. od jednego do trzech) epizody świszczącego oddechu, a wyniki innych badań pozwalały podejrzewać podwyższone ryzyko rozwoju astmy. Kolejnych 121 młodych ludzi przeszło co najmniej trzy epizody świszczenia oddechu, natomiast u pozostałych pacjentów stwierdzono jedynie uporczywy, nawracający kaszel. W czasie testów wykazano wyraźnie, że dzieci o najintensywniejszej manifestacji objawów związanych z ryzykiem rozwoju astmy wydychają wyraźnie większe iloci NO w stosunku do pozostałych. Istnieje więc szansa na stworzenie w oparciu o tę wiedzę szybkiego i bardzo wydajnego systemu badań przesiewowych w kierunku określenia poziomu ryzyka rozwoju tej choroby. Metoda taka jest niezwykle potrzebna ze względu na fakt, że już dziś około 10% dzieci w krajach uprzemysłowionych cierpi z powodu astmy, na dodatek zachorowalność na nią rośnie z każdym rokiem. Szczegóły badań opublikowano w czasopiśmie Journal of Allergy and Clinical Immunology.

Rzeki, zarówno małe, jak i duże, mają ogromną zdolność do oczyszczania wody z nadmiaru azotu. Na podstawie przeprowadzonych przez siebie badań twierdzi tak Stephen Hamilton, ekolog środowisk wodnych z Uniwersytetu Stanu Michigan. Badania dr. Hamiltona objęły dziewięć rzek płynących przez miasta, lasy oraz tereny rolnicze w obrębie zlewiska rzeki Kalamazoo w stanie Michigan. Celem analizy było sprawdzenie, co dokładnie dzieje się z azotanami przedostającymi się do wód płynących na odcinku od źródła do ujścia. W podsumowującym doświadczenie artykule autor udowadnia, że rzeki są zdolne do oczyszczania wody z nadmiaru azotanów. Ustalono także, że niektóre rzeki przeprowadzają ten proces wydajniej niż inne oraz znaleziono prawdopodobną przyczynę tego zjawiska. Z punktu widzenia ochrony środowiska eksperyment jest niezwykle ważny. Związki azotu są produkowane (i usuwane do środowiska) przez człowieka w ogromnych ilościach, głównie pod postacią nawozów sztucznych oraz odpadów przemysłowych. Gdy dostaną się do wody, mogą powodować w niej tzw. zakwit (nadmierny rozwój drobnych organizmów), a przez to prowadzić do zużycia tlenu w określonym zbiorniku. Grupa naukowców z Uniwersytetu Michigan spędziła trzy lata na badaniu okolicznych rzek. Akademicy dodawali do wody niewielkie ilości azotu, a następnie określali, w jakich miejscach i w jakich procesach zostawał on usuwany z wody. Badania dr. Hamiltona wykazały, że wiązanie azotanów w rzekach najsprawniej przeprowadzają drobne organizmy: glony, grzyby oraz bakterie. Istotny jest także "uskuteczniany" przez bakterie proces denitryfikacji, w którym azotany są przekształcane do gazowego azotu. W wyniku denitryfikacji azot ulatnia się pod postacią gazu do atmosfery, gdzie staje się nieszkodliwy. W czasie eksperymentu odkryto, że nie wszystkie strumienie i rzeki są równie wydajne pod względem zdolności do oczyszczania wody. Zauważono bowiem, że stopień oczyszczenia wody jest najwyższy w tych rzekach, które na swej drodze napotykają liczne systemy kanałów i zwężeń. Wartko płynące strumienie były, niestety, znacznie mniej wydajne. Jest to zaskakujące odkrycie, gdyż zwykle cieki wodne są udrożniane, co ma za zadanie przyśpieszyć przepływ wody. Do tej pory myślano bowiem, że im dłużej rzeka płynie od źródła do ujścia, tym więcej zabiera ze sobą zanieczyszczeń. Jest to prawdą, lecz równolegle zachodzi dokładnie odwrony proces: powolny ruch wody umożliwia drobnym organizmom pobranie z niej wiekszej ilości azotanów. Z tego powodu potrzebne jest ustalenie kompromisu w przypadku rzek przepływających przez silnie zanieczyszczone obszary. Dr Hamilton sugeruje, by rzeki przepływały przez miejsca skażone azotanami wartkim nurtem, a następnie spowalniały znacznie w specjalnie utworzonych sztucznych stawach. Po spowolnieniu przepływu wody żyjące w wodzie organizmy mogłyby wykorzystać możliwie wiele azotanów i w ten sposób przekształcić je do bezpieczniejszej postaci. Niestety, "naturalna oczyszczalnia" ma jedną wadę: działa najlepiej, gdy azotanów jest w wodzie stosunkowo niewiele. Powyżej określonego stężenia związków azotu system "zapycha się" i nie jest w stanie zachować swojej wydajności. Mimo to, odkrycie naukowców z Uniwersytetu Michigan ma szansę zmienić obowiązujące metody regulacji rzek oraz wpłynąć na redukcję przypadków zakwitu wody.

Naukowcy z Brigham Young University opracowali test, który pomaga diagnozować zaburzenia odżywiania poprzez analizę włosa. Dr Kent Hatch i zespół opisali swoją metodę w internetowym wydaniu Rapid Communications in Mass Spectrometry. Zarówno bulimię, jak i anoreksję charakteryzuje element zaprzeczania. Pacjenci nie chcą lub nie są w stanie zauważyć u siebie symptomów chorobowych i przyznać się do nieprawidłowych zachowań. Postawienie diagnozy często utrudnia fakt, że anorektyczki czy bulimiczki nie udzielają dokładnych informacji na temat swoich nawyków żywieniowych. Dlatego specjalistom z pewnością przyda się obiektywne narzędzie. Badacze, klinicyści oraz pacjenci będą mogli czerpać korzyści z obiektywnych biologicznych pomiarów, wspomagających stwierdzenie zaburzeń odżywiania — napisali naukowcy. Hatch i zespół badali włosy 20 kobiet, u których zdiagnozowano anoreksję i/lub bulimię. Leczyły się one szpitalnie w Utah. Dla porównania na Brigham Young University przetestowano włosy 23 zdrowych kobiet. Każda przedstawicielka płci pięknej musiała sobie na potrzeby badań wyrwać 5 włosów. Akademicy określali zawartość węgla i azotu. Stężenie tych pierwiastków ma ponoć najlepiej odzwierciedlać aktualną dietę danego człowieka. Test wykazał się 80-proc. trafnością w identyfikowaniu pań z anoreksją lub z anoreksją i bulimią. Za pomocą opisywanej metody nie da się jednak odróżnić bulimiczek od kobiet niewykazujących zaburzeń odżywiania. Powód może być prosty: anorektyczki są dużo częściej niedożywione niż chore z bulimią. Warto zwrócić uwagę na to, że Amerykanki jedzą więcej kukurydzy od Europejek i Japonek. Zmiany w diecie, zależne od miejsca pobytu czy pory roku, również nie są obojętne dla uzyskiwanych w teście wyników.