Znajdź zawartość

Jedna z najbardziej popularnych hipotez dotyczących pojawienia się życia na Ziemi mówi, że to meteoryty przyniosły na naszą planetę cegiełki życia, aminokwasy. Teraz hipoteza ta zyskała silne wsparcie. Japońscy naukowcy poinformowali na łamach ACS Central Science, że przeprowadzone przez nich eksperymenty wykazały, iż aminokwasy mogły powstać na wczesnych meteorytach w wyniku oddziaływania promieniowania gamma. Ziemia od samego początku istnienia była bombardowana przez meteoryty. Jeśli były wśród nich chondryty węgliste, to mogły dostarczyć one zarówno wodę, jak i aminokwasy. Chondryty węgliste zawierają dużo węgla i jeszcze więcej wody. Są wśród nich jedne z najbardziej prymitywnych meteorytów. Jednym z najbardziej znanych chondrytów węglistych i najlepiej przebadanych meteorytów w historii jest Murchinson. Zidentyfikowano w nim ponad 15 aminokwasów oraz węglik krzemu pochodzący sprzed 7 miliardów lat, zatem o 2,5 miliarda lat starszy niż sama Ziemia. Trudno jednak jest wskazać, skąd wzięły się aminokwasy w meteorytach. Japońscy naukowcy z Yokohama National University, Kobe University i Tokyo Institute of Technology, pracujący pod kierunkiem Yoko Kebukawy wiedzieli, że reakcje pomiędzy prostymi molekułami – jak amoniak czy formaldehyd – mogą prowadzić do powstania aminokwasów, pod warunkiem, że biorą wnich w nich udział woda i ciepło. Chondryty zawierają sporo wody, a we wczesnych chondrytach węglistych znajdował się radioaktywny glin-26, który podczas rozpadu emituje promieniowanie gamma. Nie wiemy jednak, jaki wpływ mogłoby mieć promieniowanie gamma na proces powstawania molekuł organicznych. Japończycy postanowili więc sprawdzić, czy promieniowanie gamma mogło zapewnić energię do tworzenia się aminokwasów. Rozpuścili więc amoniak i formaldehyd w wodzie, zamknęli całość w szklanej próbówce i poddali ją oddziaływaniu wysokoenergetycznego promieniowania gamma pochodzącego z rozpadu kobaltu-60. Okazało się, że im silniejsze promieniowanie, tym większa produkcja takich aminokwasów jak alanina, glicyna, kwas α-aminomasłowy, glutaminowy oraz β-aminokwasów. Na podstawie wyników badań oraz spodziewanych dawek promieniowania gamma z glinu-26 naukowcy obliczyli, że tyle alaniny i β-alaniny, ile znaleziono w Murchinsonie, powinno powstać w ciągu 1000 do 100 000 lat. Badania te dowodzą, że promieniowanie gamma mogło być katalizatorem powstania aminokwasów, które zapoczątkowały życie na Ziemi. « powrót do artykułu

Wieloletnie obserwacje mikrokwazara SS 433 pozwoliły zidentyfikować szczegóły procesów odpowiedzialnych za produkcję wysokoenergetycznego promieniowania i lepiej poznać jego odległych masywnych kuzynów: kwazary - informuje IFJ PAN. Podczas obserwacji mikrokwazaru SS 433 przeprowadzonych w obserwatorium High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC) po raz pierwszy zarejestrowano promieniowanie gamma o energiach powyżej 25 TeV. Uważna analiza danych doprowadziła z kolei do zaskakujących wniosków dotyczących miejsc i mechanizmów odpowiedzialnych za produkcję tego promieniowania. Wyniki badań zostały właśnie zaprezentowane na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Nature. O badaniach poinformował PAP Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, którego pracownicy uczestniczyli w badaniach. Kwazary - jak podkreśla IFJ PAN w przesłanej PAP informacji – należą do najbardziej niezwykłych, a jednocześnie najjaśniejszych obiektów Wszechświata. Siłą napędową kwazara jest znajdująca się w jego centrum supermasywna czarna dziura, otoczona dyskiem akrecyjnym, uformowanym przez spadającą materię. Kwazary są źródłami ekstremalnie intensywnego promieniowania elektromagnetycznego, które obejmuje niemal całe spektrum: od fal radiowych po wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Jednak – jako rodzaj galaktycznych jąder – kwazary z definicji są obiektami od nas odległymi. Najbliższy spośród nich, napędzany szaleńczo wirującymi wokół siebie supermasywnymi czarnymi dziurami Markarian 231, gości w jądrze galaktyki oddalonej o 600 milionów lat świetlnych. Nie jest to niestety dystans sprzyjający prowadzeniu wysokorozdzielczych obserwacji, które ułatwiłyby zrozumienie natury zachodzących tu procesów. Naukowcy mogą jednak uciec się do obserwacji... kwazarów w miniaturze. Jak zauważa IFJ PAN, to, co kwazar wyczynia w skali galaktyki, mikrokwazar robi w skali układu gwiazdowego. Czarne dziury Markariana 231 są gigantyczne: mniejsza ma masę 4 milionów mas Słońca, większa aż 150 milionów. Z kolei najbliższy nam mikrokwazar, znajdujący się w tle gwiazdozbioru Orła SS 433, jest układem podwójnym o radykalnie mniejszych rozmiarach. Znajduje się tu bardzo gęsty obiekt - prawdopodobnie czarna dziura o masie kilku słońc, będąca pozostałością po wybuchu supernowej. Pożera ona materię z dysku akrecyjnego zasilanego wiatrem gwiazdowym napływającym z pobliskiego nadolbrzyma o typie widmowym A (podobną gwiazdą, doskonale widoczną na nocnym niebie, jest Deneb, najjaśniejszy obiekt gwiazdozbioru Łabędzia). Całą tę malowniczą parę, wirującą wokół siebie w imponującym tempie 13 dni i otoczoną mgławicą W50, dzieli od Ziemi dystans zaledwie 18 tys. lat świetlnych. Zarówno kwazary, jak i mikrokwazary, mogą generować dżety, czyli bardzo wąskie i bardzo długie strugi materii, emitowane w obu kierunkach wzdłuż osi rotacji obiektu – tłumaczy cytowana w informacji prasowej dr hab. Sabrina Casanova, prof. IFJ PAN. Dżety są tworzone przez cząstki rozpędzone do prędkości nierzadko bliskich prędkości światła. Pod względem prędkości dżety z SS 433 nie są jednak specjalnie imponujące: osiągają zaledwie 26 proc. prędkości światła. Jak jednak podkreśla dr hab. Casanova, ważniejsze jest tu coś innego: Większość obserwowanych kwazarów ma dżety mniej lub bardziej, ale jednak skierowane w naszą stronę. Taka orientacja utrudnia rozróżnienie szczegółów. Natomiast mikrokwazar SS 433 był na tyle uprzejmy, że skierował swoje dżety nie ku nam, a niemal prostopadle do kierunku, w którym patrzymy. Zatem nie dość, że mamy obiekt niemal pod ręką, to jeszcze jest on ustawiony optymalnie, jeśli chodzi o obserwacje takich detali, jak miejsca, gdzie powstaje promieniowanie – stwierdza badaczka. SS 433 jest jednym z zaledwie kilkunastu kwazarów znajdujących się w naszej galaktyce - a do tego, jako jeden z nielicznych, emituje promieniowanie gamma. Przez 1017 dni promieniowanie to było rejestrowane w obserwatorium HAWC, pracującym na wysokości ponad 4100 m n.p.m. na zboczu meksykańskiego wulkanu Sierra Negra. Zbudowany tu detektor składa się z 300 stalowych zbiorników z wodą, wyposażonych w fotopowielacze wrażliwe na ulotne błyski świetlne, znane jako promieniowania Czerenkowa. Pojawia się ono w zbiorniku, gdy wpadnie do niego cząstka poruszająca się z prędkością większą od prędkości światła w wodzie. Kluczowe znaczenie ma fakt, że część błysków pochodzi od cząstek wygenerowanych wskutek zderzeń wysokoenergetycznych kwantów gamma z ziemską atmosferą. Odpowiednia analiza błysków w zbiornikach pozwala zidentyfikować ich przyczynę. W ten sposób każdej doby HAWC pośrednio rejestruje fotony gamma o energiach od 100 gigaelektronowoltów (GeV) do 100 teraelektronowoltów (TeV). Są to energie nawet trylion razy większe od energii fotonów światła widzialnego i kilkunastokrotnie większe od energii protonów w akceleratorze LHC. W trakcie obserwacji SS 433 (prowadzonych na granicy możliwości rozdzielczych HAWC) naukowcom udało się zarejestrować fotony o energiach powyżej 25 TeV, tj. od 3 do 10 razy większych od raportowanych w całej historii badań mikrokwazarów. Ku zaskoczeniu badaczy w zakresie wysokoenergetycznego promieniowania gamma najjaśniejszym obiektem w układzie wcale nie był sam SS 433 - lecz znajdujące się po jego obu stronach miejsca, w których dżety urywają się, zderzając z materią odrzuconą przez supernową. To nie koniec niespodzianek – dodaje cytowany w komunikacie dr Francisco Salesa Greus z IFJ PAN. Fotony gamma o energiach 25 TeV muszą być produkowane przez cząstki o jeszcze większych energiach. Mogłyby to być protony, ale wtedy musiałyby mieć ogromne energie, na poziomie 250 TeV. Ze zgromadzonych danych wynikało jednak, że ten mechanizm, nawet jeśli rzeczywiście działa, w przypadku SS 433 nie jest w stanie wygenerować odpowiedniej ilości promieniowania gamma – tłumaczy naukowiec. W trakcie dalszych prac dane z HAWC zestawiono z pomiarami SS 433 w pozostałych zakresach spektralnych z innych obserwatoriów. Ostatecznie udało się ustalić, że wysokoenergetyczne kwanty gamma – lub przynajmniej ich większość – muszą być emitowane przez elektrony w dżecie w trakcie ich zderzeń z wypełniającym cały kosmos niskoenergetycznym promieniowaniem mikrofalowym tła. Powyższy mechanizm - po raz pierwszy opisany właśnie w artykule w Nature – nie mógł być wykryty w obserwacjach kwazarów z dżetami skierowanymi ku Ziemi. Mikrokwazar SS 433 pomógł więc ujawnić nie tylko własne tajemnice, ale także tajemnice najjaśniejszych latarń Wszechświata. « powrót do artykułu

Błysk promieniowania gamma utwardzi tworzywa sztuczne protez stawów. Dzięki temu przetrwają lata i nie powstaną wywołujące skutków ubocznych odłamki. Do wykonania poszczególnych części endoprotez wykorzystuje się różne materiały: stal nierdzewną, stopy tytanu, ceramikę. By stymulować wzrost tkanki chrzęstnej, stosuje się m.in. powłokę z nylonu. Okazuje się jednak, że w trakcie użytkowania powstają odpryski, które drażnią tkanki, prowadząc do bolesnego stanu zapalnego. W swoich najnowszych badaniach Maoquan Xue z Changzhou Institute of Light Industry Technology oceniał skutki dodania ceramicznych cząstek i włókien do dwóch materiałów do powlekania endoprotez: 1) polietylenu bardzo wysoko molekularnego o dużej gęstości (UHMWPE) i 2) polieteroeteroketonu (PEEK). Obecnie ani UHMWPE, ani PEEK nie sprawują się wystarczająco dobrze przy naprężeniach powstających w trakcie codziennego użytkowania. Długie łańcuchy polimerowe dobrze rozprowadzają przyłożone siły, co przekłada się na szybkie powstawanie szczelin. Gdy jednak do materiału doda się cząstki ceramiczne i kompozyt podda się oddziaływaniu błysku promieniowania gamma, główne łańcuchy polimerowe ulegają rozerwaniu, bez wpływu na ogólną strukturę sztucznej chrząstki. Nie powstają mikroszczeliny, bo łańcuch nie rozciąga się nadmiernie pod wpływem działających sił. Xue uważa, że kompozyt może być bardziej biokompatybilny, co zmniejsza ryzyko odrzucenia przeszczepu. Wskazuje m.in. na większą receptywność w stosunku do osteocytów lub komórek macierzystych.

Promieniowanie gamma jest dla człowieka niebezpieczne. Wysokie dawki powodują śmierć, a chroniczna ekspozycja wiąże się z nowotworami. Don Luckey, emerytowany profesor University of Missouri, wierzy jednak, że kontrolowane i krótkotrwałe naświetlanie małymi dawkami może znacząco poprawić stan zdrowia (International Journal of Low Radiation). W przeszłości naukowiec ten był konsultantem dietetycznym NASA podczas misji Apollo i przez lata rozwijał teorię korzystnego oddziaływania na zdrowie za pomocą niskich dawek promieniowania. Profesor dowodzi, że podobnie jak w przypadku witamin czy metali śladowych, w organizmie człowieka może dochodzić do jego niedoboru. Na poparcie swoich tez Luckey przytacza wyniki ponad 3 tys. różnych badań, podczas których wykazano, że napromieniowanie może dawać wymierne korzyści fizjologiczne. Wystawienie na oddziaływanie niskich dawek zwiększa aktywność białych krwinek i enzymów oraz produkcję przeciwciał, wspomaga leczenie ran i zmniejsza częstość infekcji. Amerykanin ubolewa, że ludzie odwrócili się od opisywanej przez niego metody wspomagania swojego organizmu. Kiedyś naukowcy eksperymentowali z materiałami radioaktywnymi, a napromieniowanie uznano za panaceum na wszystko. Potem pojawiły się jednak antybiotyki, rozwinął się przemysł farmaceutyczny i wyszło na jaw, że wysokie dawki promieniowania mogą być śmiertelne. W medycynie stosuje się promienie gamma w leczeniu nowotworów, ale nie wspomina się o ich wykorzystaniu w przypadku innych jednostek nozologicznych. Luckey ma nadzieję, że uda mu się to zmienić. Wg profesora, wyewoluowaliśmy w taki sposób, by radzić sobie ze stałą obecnością promieniowania jonizującego w środowisku. Były współpracownik NASA sugeruje, że sprawę niedoborów promieniowania można by rozwiązać poprzez medyczne wykorzystanie małych próbek częściowo ekranowanych odpadów radioaktywnych. Ubolewa on też nad tym, że ludzkość skupiła się na szkodliwości promieniowania i na minimalnych dopuszczalnych dawkach. Profesor André Maïsseu, redaktor naczelny International Journal of Low Radiation, uznaje inicjatywę Luckeya za bardzo interesującą i podbudowaną naukowo.

Zaledwie pięćdziesiąt lat po ostatnim teście bomby jądowej na pacyficznym atolu Bikini w obrębie Wysp Marshalla ponownie rozwijają się tam koralowce. Taki wniosek wypływa z badań przeprowadzonych przez wielonarodowy zespół specjalistów w dziedzinie biologii mórz. Jednym z najważniejszych punktów, w których dokonywano obserwacji, jest krater Bravo. Został on wydrążony siłą wybuchu najsilniejszej zdetonowanej kiedykolwiek przez Amerykanów bomby. Miała ona moc 15 megaton - to około tysiąc razy więcej niż pocisk zrzucony na Hiroszimę. Powstały w wyniku eksplozji otwór w dnie ma dwa kilometry średnicy i 73 metry głębokości w najgłębszym miejscu. Wybuchy tej wielkości potrafią rozgrzać lokalnie wodę do temperatury 55 000 stopni Celsjusza. Biorąca udział w projekcie Zoe Richards opisała swoje wrażenia z nurkowania w tym rejonie następująco: Nie wiedziałam, czego powinnam się spodziwać - być może jakiegoś "krajobrazu księżycowego". Ale wrażenia były niesamowite: ujrzeliśmy ogromne połacie dna morskiego porośnięte koralowcem [z rodziny] Porites. Niestety, w obrębie atolu zaobserwowano też dotkliwe straty dla lokalnego ekosystemu. W porównaniu do lat 50., w obrębie miejsca testów wyginęły 42 gatunki koralowców, z czego co najmniej 28 zniknęło z tego obszaru właśnie z powodu wybuchów nuklearnych. Większość z utraconych zwierząt była jednak ściśle przystosowana do życia w obrębie laguny, co zmniejszało ich wytrzymałość na czynniki środowiskowe, w tym promieniowanie. Inny członek zespołu, Maria Beger, opowiedziała o pomiarach intensywności promieniowania w tym rejonie: Intensywność promieniowania gamma nie różniła się znacznie od spotykanej codziennie w centrum dużego miasta. Gdy jednak po wynurzeniu zbliżyliśmy licznik Geigera do kokosa, który naturlnie wchłania i zatrzmuje substancje z gleby, licznik dosłownie wariował. Niedługo po zakończeniu eksperymentów z ładunkami jądrowymi rząd amerykański postanowił wesprzeć akcję dekontaminacji, czyli usuwania radioaktywnych resztek z atolu. Mimo to produkty rolnicze z tego obszaru wciąż są w większości niejadalne. Najprawdopodobniej przyczyną szybkiego odtworzenia biocenozy tego obszaru jest fakt, że na koralowce zadziałał co prawda bardzo silny, lecz pojedynczy czynnik stresowy. Jeśli dokładniejsza analiza fizjologii przetrwałych zwierząt potwierdzi to przypuszczenie, naukowcy mają szansę zdobyć wiele cennych wskazówek na temat odnowy różnorodności biologicznej podobnych środowisk.

Od czasów Ludwika Pasteura stosuje się szczepionki bazujące albo na martwych, albo na osłabionych patogenach, które pozwalają się organizmowi nauczyć, jak je zwalczać. Mają one jednak pewne wady. Szczepionki z osłabionymi bakteriami wymagają stałego przechowywania w lodówce, a te z martwymi powtarzania co pewien czas. Nowe badania wskrzesiły więc stary pomysł, aby do zabijania patogenów wykorzystywać promieniowanie gamma. Tak napromieniowane szczepionki wydają się powodować silną odporność. Sandip Datta z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i jego koledzy zbombardowali promieniowaniem gamma kolonię bakterii Listeria monocytogenes (dawka pochłonięta promieniowania wynosiła 600.000 radów). Bakterie te znajdują się produktach żywnościowych i wywołują chorobę zwaną listeriozą. Na listeriozę zapadają najczęściej osoby z obniżoną odpornością. Gdy zachoruje ciężarna kobieta, dochodzi do śródmacicznego zakażenia płodu. Skutkiem tego może być poważny niedorozwój nowo narodzonego dziecka oraz śmierć. Napromieniowane Listeria monocytogenes nie wykazywały żadnych sygnałów wzrostu, mimo że umieszczono je w bulionie sojowym. Kiedy jednak wstrzyknięto je 10 myszom, po podaniu dawki żywych bakterii, która zabiła 20 gryzoni (10 z grupy kontrolnej i 10 zaszczepionych tradycyjną szczepionką z zabitych za pomocą ciepła organizmów), pomogły przeżyć 8 z nich. Napromieniowanie jest prostym technicznie procesem, który zachowuje strukturalne cechy bakteryjnego patogenu — wyjaśnia Datta. Dlatego też w organizmie gospodarza wyzwalana jest silna reakcja immunologiczna. Napromieniowane szczepionki są w stanie wywoływać długotrwałą odporność. Po roku od zaszczepienia myszy nadal były odporne na działanie Listeria monocytogenes. Jeśli zostanie udowodniona skuteczność zamrażanych suchych wersji napromieniowanych szczepionek, zaspokoi to zapotrzebowanie na łatwe w transporcie i przechowywaniu leki. Trzeba będzie również opracować takie szczepionki przeciwko innym chorobom. Dadzą one możliwość szybkiego reagowania np. na epidemie. Wyniki badań zespołu Datty zaprezentowano w dzisiejszym (26 lipca) wydaniu magazynu Immunity.