Znajdź zawartość

Jak zmierzyć temperaturę wewnątrz komórek, które są tak małe, że na główce szpilki zmieściłoby się ich aż 60 tysięcy? Zastosować nanotermometry w postaci kropek kwantowych. Haw Yang z Princeton University i Liwei Lin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opowiedzieli o swoich osiągnięciach na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. Zastosowaliśmy nanotermometry. Są to kropki kwantowe, czyli półprzewodnikowe kryształy wystarczająco małe, by dostać się do pojedynczej komórki, gdzie zmieniają barwę pod wpływem zmiany temperatury. Wykorzystaliśmy kropki kwantowe kadmu i selenu, które emitują odpowiadające temperaturze światło o różnym kolorze (fale o różnej długości). Dzięki naszym przyrządom odnotowujemy zmiany barw – wyjaśnia Yang. Naukowcy podkreślają, że o tym, co dzieje się we wnętrzu komórek, wiemy zadziwiająco mało. Tymczasem kiedy ktoś myśli o chemii, temperatura jest jednym z najważniejszych czynników fizycznych, które mogą się zmienić pod wpływem reakcji chemicznej. Panowie postanowili uzupełnić luki w wiedzy i zmierzyć temperaturę życia (i śmierci). Specjaliści od jakiegoś już czasu podejrzewali, że temperatura wewnątrz komórek jest zmienna. Powodów należy upatrywać choćby w przebiegających nieustannie reakcjach biochemicznych. W wyniku części z nich powstają energia i ciepło. Ponieważ niektóre komórki są bardziej aktywne od innych, niezużyta energia jest rozpraszana jako ciepło. Gorętsze bywają także pewne rejony komórek. Yang i Lin wskazują na okolice w pobliżu centrów energetycznych – mitochondriów. Amerykanie zorientowali się, że tak właśnie jest, wprowadzając kropki kwantowe do hodowanych w laboratorium mysich komórek. Między poszczególnymi częściami komórek odkryli różnice rzędu kilku stopni Fahrenheita: niektóre były chłodniejsze, a niektóre cieplejsze od reszty. Na razie pomiary dokonywane za pomocą nanotermometrów nie są na tyle dokładne, by podać konkretne wartości liczbowe. Yang tłumaczy, że zmiany temperatury komórek wpływają na cały organizm, np. na stan zdrowia. Wzrost temperatury wewnątrz komórki może przecież oddziaływać na funkcjonowanie DNA, a więc genów, a także różnego rodzaju białek. Przy zbyt wysokich temperaturach niektóre proteiny ulegają denaturacji. Biolog z Princeton University podejrzewa nawet, że komórki wykorzystują zmiany temperatury do komunikacji.

Łosie (Alces alces) z południowej Norwegii mają się gorzej od zwierząt zamieszkujących wysunięte bardziej na wschód i północ zakątki tego kraju. Analiza ok. 600 wątrób, połączona z danymi na temat wagi i wieku padłych osobników, wykazała, że ssaki z południowych stad zmagają się z chorobami nerek i osteoporozą. Marit Nordløkken, doktorantka z Wydziału Chemii Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) w Trondheim, bada, czy nie jest to skutkiem wysokich stężeń metali ciężkich. Jej studia wykazały, że w narządach łosi z południowej Norwegii występuje wystarczająca ilość kadmu, by myśliwi i nie tylko zresztą oni zastanowili się dwa razy przed zjedzeniem dań z ich wątróbek czy nerek, np. pasztetu. Kadm nie jest pierwiastkiem wywołującym ostre toksyczne skutki, ale jego ilość w organizmie wrasta z wiekiem i może ostatecznie prowadzić do problemów ze zdrowiem oraz choroby – wyjaśnia Nordløkken. Norweżka badała próbki wątroby ok. 600 łosi. Dostarczyli je głównie myśliwi (łosie rzadko umierają z przyczyn naturalnych w łatwo dostępnych miejscach). Doktorantka zbierała również informacje dotyczące wagi i wieku zdechłych zwierząt. Dzięki temu stwierdziła, że rozmiary A. alces wykazywały zróżnicowanie geograficzne i że im dalej na północ zwierzę żyło, tym cięższe i większe się stawało. I tak łosie z okręgów Troms i Nordland były najokazalsze, a z Trøndelag w środkowej Norwegii mogły się poszczycić pośrednimi gabarytami. Wiek łosia można określić na postawie liczby przyrostów rocznych w cemencie zęba. Jak dotąd najstarsza okazała się 17-letnia łosza. Od dawna wiadomo, że w południowych rejonach Norwegii występuje większe zanieczyszczenie atmosfery i wyższe skażenie metalami ciężkimi. Powodem jest transport zanieczyszczeń z reszty Europy i wypłukiwanie metali ciężkich z gleby przez kwaśne deszcze. Z najgorszą sytuacją mamy do czynienia w okręgach Aust- i Vest-Agder, a także na niektórych obszarach okręgu Telemark. Przeważają tu granitowe i gnejsowe skały macierzyste, które nie są zbyt skuteczne w neutralizowaniu kwaśnego deszczu. Jak można się domyślić, wpływa to na roślinność, dlatego też norweska ekipa zamierza ją zbadać na kolejnych etapach eksperymentu. Zebranie tego typu danych jest niezwykle ważne, ponieważ łosie są rzadkie i chronione.

Tobołki alpejskie (Thlaspi caerulescens) gromadzą w swoich liściach metale. W związku z tym nazywa się je hiperakumulatorami niklu, cynku, manganu i kadmu. Okazuje się, że zabieg ten chroni rośliny przed infekcjami bakteryjnymi. Tobołki rosną na glebach bogatych w metale, takich jak byłe wyrobiska górnicze. Badacze z Uniwersytetu Oksfordzkiego wykazali, że dzięki kadmowi czy manganowi rośliny stają się oporne na ataki bakterii Pseudomonas syringae pv. maculicola (mikroorganizmy te sieją spustoszenie wśród kapustowatych, do których należą też tobołki, wywołując m.in. bakteryjne gnicie róż kalafiora czy w przypadku kapusty pekińskiej pieprzową plamistość). Nasze wyniki pokazują, że tobołki wykorzystują bogate w metale środowisko, by uzbroić się przeciw chorobom. [...] Odkryliśmy bezpośredni związek między wysokimi stężeniami metali a opornością na infekcje bakteryjne – opowiada współautorka raportu opublikowanego w PLoS Pathogens dr Gail Preston. Studentka Helen Fones uprawiała rośliny z rodzaju Thlaspi, stopniowo zwiększając zawartość cynku, niklu i kadmu w glebie. Wykazała, że tobołki potrafiły się bronić przed patogenami. Badając poszczególne szczepy bakteryjne, zademonstrowała, że istnieje zależność między zdolnością bakterii do wzrostu w obecności wysokich stężeń metali a ich zdolnością infekowania roślin. Wcześniej trudno było wyjaśnić, czemu przedstawiciele rodzaju tobołków gromadzą tak duże ilości potencjalnie toksycznych metali. Nasze badania są dobrym dowodem na to, że akumulując wymienione wyżej pierwiastki, rośliny te zwiększają swoją ochronę przed wrogami, takimi jak patogenne mikroorganizmy i roślinożercy – podkreśla prof. Andrew Smith. Brytyjczycy zademonstrowali też, że bakterie występujące na tobołkach rosnących na terenie nieczynnej kopalni cynku w Walii wykazują większą tolerancję tego metalu niż bakterie zasiedlające rośliny z gleb uboższych w Zn. Oznacza to, że zarówno rośliny, jak i mikroorganizmy rozwijają lokalne przystosowanie, by przeżyć w specyficznym środowisku, ale również to, że bakterie mogą kiedyś przezwyciężyć "metalową zbroję" tobołków.

Naukowcy z Bournemouth University twierdzą, że obserwowany na całym świecie spadek liczebności roślin mięsożernych spowodowany jest spożyciem owadów skażonych toksycznymi metalami (Environmental Science & Technology). Iain Green i Christopher Moody podkreślają, że wielu gatunkom roślin mięsożernych grozi wyginięcie z powodu utraty habitatu oraz kłusownictwa. Teraz Brytyjczycy odkryli kolejne niepokojące zjawisko, okazało się bowiem, że kontakt z owadami skażonymi pewnymi metalami zaburza pobór wody i składników odżywczych. Naukowcy zwrócili szczególną uwagę na istotną dla zdrowia roślin miedź oraz kadm, który występuje w nawozach czy metalowych powłokach. Oba metale mogą się akumulować w środowisku, m.in. wskutek niewłaściwego składowania odpadów. Akademicy z Bournemouth University karmili skażonymi larwami muchy domowej kapturnice białolistne (Sarracenia leucophylla). Dzięki temu stwierdzili, że kadm gromadził się w łodydze w taki sposób, że zagrażało to wzrostowi. W przypadku miedzi nie zaobserwowano toksycznego efektu.

Specjaliści oceniają, że w każdej tonie wyrzuconego na śmieci sprzętu elektronicznego znajduje się 17-krotnie więcej złota niż w tonie warstw złotonośnych i 40-krotnie więcej miedzi niż w rudzie miedzi. Tymczasem na całym świecie każdego roku wyrzucanych jest od 20 do 50 milionów ton urządzeń elektronicznych. Koszty składowania tych odpadów mają osiągnąć w 2009 roku 11 miliardów dolarów. Najczęściej trafiają one do krajów rozwijających się, gdyż ze względu na brak norm ochrony środowiska, ich składowanie w Nigerii czy Chinach może być 10-krotnie tańsze niż przechowywanie na specjalnych wysypiskach w krajach rozwiniętych. Kraje rozwinięte czasami próbują walczyć z zalewającymi ich śmieciami, ale z drugiej strony takie składowiska mogą rozwijać miejscową gospodarkę. W Chinach istnieją wysypiska, które dają pracę ponad 100 000 osób. Największe na świecie składowisko odpadów elektronicznych znajduje się w chińskim Guiyu. Zatrudnieni tam robotnicy zarabiają od 2 do 4 dolarów dziennie za sortowanie odpadów. Po sortowaniu ze śmieci odzyskuje się cenne metale, takie jak złoto, miedź i aluminum. Niestety jest to proces szkodliwy dla środowiska, gdyż w sprzęcie elektronicznym znajdują się też ołów, kadm czy rtęć. Niektóre kraje wysoko rozwinięte próbują walczyć z tym problemem zabraniając stosowania części substancji do produkcji sprzętu elektronicznego.