Znajdź zawartość

Model antymaterii, w tym jej anihilacji ze „zwykłą" materią wydawał się prosty i zrozumiały, przecież samą antymaterię wytwarza się już rutynowo. Tak było do czasu eksperymentów, jakie w genewskim CERNie przeprowadził międzynarodowy zespół uczonych z Danii, Węgier, Wielkiej Brytanii i Japonii bombardując cząsteczkowy wodór wolnymi antyprotonami. Odmienność doświadczenia polegała na bombardowaniu nie pojedynczych atomów, lecz cząsteczek, na początek wybrano najprostsze: wodór, a dokładniej gazowy deuter (ciężki izotop wodoru z neutronem w jądrze). Za pociski posłużyły antyprotony, które spowolniono do jednej setnej prędkości światła. Ujemnie naładowane antyprotony nie przyciągają również posiadających ujemny ładunek elektronów, a niewielka prędkość pozwala na pominięcie skomplikowanych poprawek relatywistycznych. Eksperyment, którym kierował Japończyk z instytutu RIKEN, Yasunori Yamazaki, wykazał, że prawdopodobieństwo jonizacji cząsteczek deuteru zależy liniowo od prędkości antyprotonów, co stoi w sprzeczności z oczekiwaniami i dotychczasowym modelem dla atomowego wodoru. Nie jest znany mechanizm tego zachowania. Poszukując teoretycznego wyjaśnienia członkowie zespołu spekulują, że cząsteczkowy cel posiada mechanizm hamujący jonizację - podczas zbliżania się antyprotonu do protonu w jednym jądrze cząsteczki obecność protonu w drugim jądrze powoduje przemieszczenie orbitującej chmury elektronów. Im wolniejszy antyproton, tym więcej czasu pozostaje cząsteczce na dopasowanie się, stąd mniejsze prawdopodobieństwo jonizacji. To wielka niespodzianka, to zmienia nasze rozumienie dynamiki kolizji atomowych, która okazuje się, nawet na poziomie jakościowym, jeszcze w powijakach - mówi Yamazaki. Najbliższe eksperymenty mają sprawdzić, czy prawdopodobieństwo jonizacji zależy od odległości od celu oraz położenia w momencie kolizji.

Alergie pokarmowe to zmora znacznej części populacji. Te poważniejsze, jeśli nie są rozpoznane i leczone, mogą prowadzić nawet do wyniszczenia organizmu i śmierci. Niektóre, jak alergia na orzeszki ziemne, są wyjątkowo zdradliwe, wystarczy bowiem śladowa ilość, by zagrozić poważnym wstrząsem anafilaktycznym. Jednak nawet te drobne obniżają jakość życia, trudno bowiem dociec, że ciągłe dolegliwości są wywoływane przez nietolerowane przez nasz organizm cytrusy, czy herbatę. Problem w tym, że z pożywieniem dostarczamy organizmowi niezliczoną ilość różnorodnych substancji, zarówno nieodzownych i pożytecznych, jak i neutralnych albo szkodliwych. Wraz z jedzeniem wchłaniamy bakterie i wirusy. Nasz system odpornościowy musi się w tym „rozeznać", pozostawić w spokoju to, co dobre, a zlikwidować zagrożenia. Niestety, często się przy tym myli, powodując przy tym właśnie choroby autoimmunologiczne. Szansa na zrozumienie i ręczne opanowanie błędnej pracy naszego systemu immunologicznego pojawia się dzięki pracy japońskich biologów molekularnych z RIKEN, którym udało się rozgryźć sposób, w jaki nasz organizm decyduje, które elementy pożywienia się dobre, a które należy „zaatakować". Domniemywano wcześniej dwie zasady, które mogły kierować systemem obronnym: zmniejszanie ilości efektorowych limfocytów T, lub hamowanie ich aktywności przez limfocyty T regulatorowe. Japońscy naukowcy odkryli, że kluczową rolę w przełączaniu aktywności odgrywają dendrytyczne komórki prezentujące antygen (antigen presenting cell - APC), a dokładniej dwie konkretne proteiny obecne na ich powierzchni. Właśnie te dwie proteiny wywołują aktywność limfocytów efektorowych T, podczas kiedy APC oznaczają obce substancje dostarczane z pożywieniem, wraz ze współpobudzającymi białkami rodziny B7, które regulują odpowiedź immunologiczną. Dla podjęcia akcji systemu odpornościowego potrzebne są zarówno jedne, jak i drugie. Katsuaki Sato i jego współpracownicy z RIKEN Research Center for Allergy and Immunology w Jokohamie przeprowadzili eksperymenty na myszach z niedoborem współpobudzających protein B7. Jak się okazało, ich niedostatek wzmacnia reakcję odpornościową. Białka B7 pobudzają bowiem wytwarzanie raczej limfocytów regulatorowych, niż efektorowych, sprzyjając w ten sposób tolerancji pokarmowej. Jednak obecność stanu zapalnego ich działanie zostaje wyhamowane. To przełomowe odkrycie, choć zarazem dopiero początek badań nad dokładnym poznaniem funkcjonowania naszego systemu odpornościowego. Japoński zespół, wraz z naukowcami ze Stanów Zjednoczonych i Francji planuje kontynuować badania laboratoryjne, na ich końcu bowiem może pojawić się nadzieja dla cierpiących alergików.

Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zobrazować skyrmiony, bardzo rzadki rodzaj momentu magnetycznego. Osiągnięcie jest dziełem zespołu z japońskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki RIKEN, pracującego pod kierunkiem Yoshinoriego Tokury. W tradycyjnych ferromagnesach momenty magnetyczne poszczególnych atomów układają się równolegle do siebie, w tym samym kierunku. Jednak w niektórych magnesach oddziaływanie pomiędzy elektronami powoduje, że powstaje skyrmion czyli podobne do wiru ułożenie momentów magnetycznych. Współczesna fizyka do końca nie wie, czym są skyrmiony. Są one zwykle utożsamiane z barionami lub szerzej z solitonami. Japończycy wykorzystali elektronowy mikroskop transmisyjny (TEM), który pozwala na obrazowanie struktur magnetycznych w wysokich rozdzielczościach. Dotychczas sądzono, że w ten sposób nie uda się zobrazować skyrmionów, gdyż do ich ujrzenia konieczne jest przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego. A to, jak uważano, zakłóci obraz. Uczeni z RIKEN zauważyli jednak, że zakłócenia nie występują, jeśli zewnętrzne pole zostaje przyłożone prostopadle do soczewek mikroskopu. Naukowcy zaobserwowali ułożenie skyrmionów, byli też w stanie oglądać pojedynczy skyrmion i stwierdzić, że są one stabilne. To z kolei umożliwi manipulowanie skyrmionami, co może w przyszłości pozwolić na zbudowanie nowego rodzaju pamięci magnetycznych czy urządzeń elektronicznych. Na razie jednak są to tylko rozważania dotyczące dalekiej przyszłości. Obecnie skrymiony można obserwować w temperaturze około 40 kelwinów (ok. -233 C). W przyszłości będziemy musieli nie tylko znaleźć materiały, w których skyrmiony są stabilne w temperaturze pokojowej, ale również nauczyć się manipulowania ich ruchem za pomocą zjawisk elektromagnetycznych - stwierdził Tokura.

Nanotechnologia i nanomateriały to z pewnością jedne z najpopularniejszych haseł w nauce XXI wieku. Najczęściej i najwięcej mówi się o węglowych nanorurkach, które obiecują przełom w wielu dziedzinach technologii. Ale operowanie w nanoskali to także inne materiały i technologie. Chociażby kontrolowanie pojedynczej molekuły... wody i kontrolowanie wyników jej dysocjacji w cienkich błonach. Osiągnięciem takim mogą się pochwalić pracownicy RIKEN - czołowego japońskiego instytutu naukowo-technologicznego. Przy pomocy mikroskopu tunelowego udało im się selektywnie kontrolować dysocjację molekuły wody w cienkiej błonie tlenku magnezu (MgO) o grubości zaledwie kilku atomów (ilustracja 1). W bardzo niskiej temperaturze mikroskop tunelowy pozwolił im wstrzykiwać tunelowane elektrony do molekuł wody na powierzchni błony (ilustracja 2) oraz wybierać jeden ze sposobów dysocjacji. Poprzez wzbudzanie wibracji molekuły do odpowiednio wysokiego stanu wywoływano dysocjację do grupy hydroksylowej (H + OH) (ilustracja 3a i 3b), zaś poprzez wzbudzanie wysokiego stanu elektrycznego wywoływano dysocjację do tlenu atomowego (O) (ilustracja 3c i 3d). Taka kontrola nad dysocjacją molekuł wody i wpływ na różne jej przebiegi, choć brzmi bardzo abstrakcyjnie, stwarza wyjątkowe praktyczne możliwości budowy nowych rodzajów katalizatorów. Szczególnie mocno oczekiwane są katalizatory pozwalające na łatwiejsze i tańsze wytwarzanie wodoru, potencjalnego źródła energii czystej ekologicznie. Zrozumienie dynamiki zachowania molekuł wody pozwoli być może na konstruowanie bardziej zaawansowanych i skomplikowanych katalizatorów na błonach z tlenków metali - te bowiem ujawniają coraz więcej ciekawych i użytecznych właściwości podczas badań w nanoskali.

Naukowcy z japońskiego Instytutu Badań Fizycznych i Chemicznych RIKEN sklonowali martwą mysz laboratoryjną, której zwłoki trzymali przez 16 lat w zamrażalniku. Truchło przechowywano w temperaturze -20°C, co przypomina warunki panujące w wiecznej zmarzlinie. Niska temperatura i czas poważnie uszkodziły komórki, a jednak eksperyment się udał. Dzięki nowej metodzie klonowania członkowie zespołu genetyka Teruhiko Wakayamy mają nadzieję odtworzyć wymarłe gatunki, w tym mamuty. Badacze z RIKEN "rozczłonkowali" neurony mózgu myszy i wyekstrahowali z nich jądra komórkowe, zawierające DNA. Uzyskany materiał przeniesiono do niezapłodnionych komórek jajowych, które pozbawiono uprzednio własnych jąder komórkowych. Ostatnim etapem eksperymentu było umieszczenie powstałego zarodka w ciele matki zastępczej. Transfer materiału genetycznego umożliwił wyhodowanie nowego osobnika, identycznego pod względem genetycznym z okazem przechowywanym w zamrażarce. Badaczom udało się uzyskać embriony, a następnie, dzięki izolacji pojedynczych komórek z powstającego zarodka, linie płodowych komórek macierzystych. Z tak przygotowanej hodowli komórkowej można było następnie izolować pojedyncze komórki i hodować z nich całe nowe organizmy. Aby potwierdzić skuteczność metody oraz brak zaburzeń w fizjologii uzyskanych organizmów, skrzyżowano je z "normalnymi" myszami. Procedura zaszła bez większych komplikacji, a w jej efekcie narodziło się zdrowe potomstwo. Zdolność klonów do rozmnażania jest bardzo ważna, ale i tak na drodze do ożywienia mamuta napotykamy wiele przeszkód natury technicznej – twierdzi Wakayama. Profesor Akira Iritani, biolog z Kinki University i jeden z ważniejszych członków Projektu Kreacji Mamuta, ocenia, że na świecie czeka na sklonowanie aż 10.000 zamrożonych okazów kopalnego słonia. Dla wielu rzeczywistość Parku Jurajskiego Stevena Spielberga nie jest li tylko fikcją literacko-hollywoodzką. Iritani jest bowiem koordynatorem projektu Park Plejstoceński. Jego pomysłodawcy planują stworzyć na terenie północnej Syberii lodową wersję safari, zamieszkiwaną przez wskrzeszone mamuty i inne gatunki zwierząt sprzed 20 tys. lat, w tym tygrysy syberyjskie, włochate nosorożce, przodków syberyjskich koni, wielkie jelenie, prehistoryczne lisy i lwy stepowe. Park zajmowałby obszar o powierzchni dwukrotnie większej od Japonii.

Narzędziami umieją się posługiwać naczelne i ptaki, np. wrony. Po raz pierwszy jednak udało się wykazać, że po odpowiednim treningu także gryzonie opanowują tę sztukę. Badacze z Japońskiego Instytutu Badań Chemicznych i Fizycznych RIKEN przeprowadzili eksperyment z 6 koszatniczkami (Octodon degus), które nauczyły się wykorzystywać grabki. Zwierzęta ćwiczyły przez 60 dni. Każde z nich umieszczano przed płotkiem z rzadkich szczebli. Za nim znajdowały się pestki słonecznika. Były niedaleko, ale poza zasięgiem przednich łap gryzonia. W pobliżu, pod przepierzeniem, kładziono miniaturowe grabie. Po upływie 2 miesięcy koszatniczki nauczyły się przyciągać nimi nasiona. Na można obejrzeć film ilustrujący wyniki treningu. Są naprawdę imponujące.

NEC, Japońska Agencja Nauki i Technologii (JST) oraz Instytut Badań Fizycznych i Chemicznych (RIKEN) po raz pierwszy w historii zademonstrowały układ, który jest w stanie kontrolować splątanie pomiędzy kubitami, czyli kwantowymi bitami. Powstała więc technologia, która umożliwi stworzenie działających w praktyce komputerów kwantowych. Środowisko naukowe od dawna czekało na takie odkrycie. Do zbudowania kwantowego komputera nieodzowne jest bowiem: kontrolowanie stanu pojedynczego kubitu, kontrolowanie stanu dwóch splątanych kubitów, możliwość splątania i "rozplątania” kubitów. NEC, JST i RIKEN już wcześniej uzyskały nie tylko stabilny kubit, ale również pierwszą bramkę logiczną składającą się z dwóch kubitów. Logicznym następstwem ich prac było więc ostatnie osiągnięcie – kontrolowane splątanie kubitów. Aby to osiągnąć, wykorzystano trzeci kubit, który działa jak nieliniowy transformator, zdolny do włączania i wyłączania oddziaływania magnetycznego pomiędzy dwoma kubitami. Kontrolę włączania i wyłączania można sprawować za pomocą mikrofal. Co ważne, operacje splątywania udało się przeprowadzić tak, że czas życia kubitu nie został skrócony. Działanie komputera kwantowego: Najmniejszą cząstką informacji wykorzystywaną w komputerach jest bit. Jest on reprezentowany przez 0 lub 1. We współczesnych maszynach informacja, czyli ciąg bitów, przekazywana jest dzięki przepływowi elektronów. Tranzystory w procesorach posiadają przełączniki, które mogą zostać ustawione w pozycji „0” (niższe napięcie) lub „1” (wyższe napięcie). Tak więc za pomocą na przykład trzech bitów możemy stworzyć 8 różnych kombinacji: 1-1-1, 0-1-1, 1-0-1, 1-1-0, 0-0-0, 1-0-0, 0-1-0 oraz 0-0-1. Jednak w danej chwili w tych trzech bitach można zapisać tylko jedną z ośmiu kombinacji. Komputery kwantowe mają bazować na zjawisku z mechaniki kwantowej, która przewiduje, że ta sama cząsteczka może jednocześnie znajdować się w różnych miejscach, czyli jednocześnie przyjmować obie pozycje 0 i 1. Tak więc trzy kwantowe bity, zwany qbitami, mogą jednocześnie przechowywać wszystkie osiem kombinacji i wykonać na nich operacje. Z tego wynika, że trzybitowy komputer kwantowy będzie ośmiokrotnie bardziej wydajny, niż obecnie stosowane komputery. Obecnie coraz bardziej powszechnie stosowane są komputery 64-bitowe. A kwantowy komputer operujący jednocześnie na 64 bitach byłby nawet około 18 000 000 000 000 000 000 razy szybszy od współcześnie wykorzystywanej maszyny.

Badacze z japońskiego RIKEN Institute z sukcesem przeszczepili myszy sztuczny węzeł chłonny, który zaczął następnie produkować komórki układu odpornościowego. Takeshi Watanabe podkreśla, że w przyszłości uda się pewnie przeprowadzić transplantację całego układu immunologicznego osób umierających na AIDS czy nowotwór. Szef naukowców obrazowo porównuje stworzoną w laboratorium tkankę do biorusztowania z kolagenu, który zaimpregnowano komórkami dendrytycznymi i stromalnymi. Wyekstrahowano je z grasicy młodych zwierząt. Przekątna sztucznego węzła chłonnego wynosiła ok. 3-4 mm. Zaimplantowano go gryzoniom ze zdrowym układem odpornościowym, zaszczepionym uprzednio przeciwko szkodliwemu oddziaływaniu antygenów. W "prawdziwych" węzłach chłonnych komórki stromalne (zrębu) są swego rodzaju organizatorami innych komórek, ponieważ mówią im, co robić. To samo udało się uzyskać w sztucznych tworach Japończyków. Wszczepione komórki stromalne "zbierały" krążące w organizmie limfocyty T i B, a następnie segregowały je, oddzielając jedne od drugich. Gdy węzły wypełniły się już limfocytami, przeszczepiono je myszom z uszkodzonym układem odpornościowym. Bardzo szybko komórki te przemieściły się do pozostałych węzłów chłonnych, które do tej pory świeciły pustkami ze względu na brak aktywności immunologicznej. Kiedy Watanabe wprowadził do organizmów chorujących jeszcze niedawno myszy wspomniane antygeny, układ odpornościowy zareagował zdecydowanie, wytwarzając sporą liczbę limfocytów. Po miesiącu nadal pamiętały one wroga i potrafiły z nim walczyć. W kolejnych etapach badań Japończycy chcą wykorzystać komórki ludzkie i w ciągu 4-5 lat opracować pierwszy prototyp węzła dla naszego gatunku.