Znajdź zawartość

Chitony, zwane wielotarczowcami (Polyplacophora), są morskimi mięczakami, u których w strukturach spełniających funkcję oczu, a jest ich kilkaset, występują soczewki z kryształów dwóch polimoficznych odmian węglanu wapnia: kalcytu oraz aragonitu. O istnieniu oczu chitonów naukowcy wiedzieli już od kilkudziesięciu lat, nie mieli jednak pojęcia, czy służą do oglądania znajdujących się wyżej obiektów, np. drapieżników, czy tylko do wykrywania zmian w oświetleniu. Tymczasem okazuje się, że chitony mogą widzieć różne obiekty, choć prawdopodobnie nie za dobrze - wyjawia Daniel Speiser z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Zadziwiające, jak istoty te wytwarzają oczy praktycznie ze skały - zachwyca się prof. Sönke Johnsen z Duke University. Wygląda jednak na to, że mamy do czynienia z prostym sposobem na wyewoluowanie oczu z dostępnego materiału. Chitony mają już bowiem aragonitową skorupkę. Johnsen i Speiser badali pewnien gatunek wielotarczowca, a mianowicie Acanthopleura granulata. Jego przedstawiciele mają płaską skorupkę zbudowaną z ośmiu płytek. Znajdują się na nich klastry światłoczułych komórek, pokryte setkami niewielkich soczewek. Testując wzrok mięczaków, Amerykanie umieszczali pojedyncze osobniki na łupkowej płytce. Pozostawione samym sobie, po jakimś czasie unosiły część ciała, by odetchnąć. W tym momencie Speiser pokazywał im albo czarny dysk o średnicy od 35 mm do 10 cm, albo szary łupek, który blokował dostęp takiej samej ilości światła. Dysk lub łupek pojawiał się 20 cm nad chitonem. Mięczaki nie reagowały na szary łupek, ale opadały na widok krążka o średnicy powyżej 3 cm. Johnsen uważa, że u człowieka odpowiadałoby to spojrzeniu w niebo i dostrzeżeniu dysku o średnicy 20 Księżyców. Oznacza to, że nasz wzrok jest o wiele wrażliwszy od wzroku chitonów. Ponieważ mięczaki reagowały tylko na czarne dyski, a nie na blokujące tę samą ilość światła szare łupki, sugeruje to, że nie reagują na prostą zmianę w oświetleniu. Biolodzy nie sądzą, by ich "skalne" oczy stanowiły część ewolucyjnej ścieżki prowadzącej do naszych oczu. Speiser opowiada, że pierwsze chitony pojawiły się na Ziemi ponad 500 mln lat temu. Najstarsze wielotarczowce z oczami znajdowano jednak w zapisie kopalnym dopiero z ostatnich 25 mln lat, co oznacza, że w perspektywie ewolucyjnej są stosunkowo świeżą zdobyczą. Wg biologa, chitony potrzebowały oczu, by chronić się przed drapieżnikami. Podczas eksperymentów naukowcy sprawdzili, czy oczy chitonów działają w wodzie i w kontakcie z powietrzem, ponieważ niektóre gatunki Polyplacophora spędzają czas zarówno w zanurzeniu, jak i wynurzeniu. Okazało się, że sprawdzają się w obu środowiskach i że soczewki inaczej skupiają wtedy światło. Strukturalnie siatkówka chitonów przypomina siatkówkę ślimaków, ale ta ostatnia reaguje na pojawienie się światła, podczas gdy u wielotarczowców może reagować wyłącznie na jego usunięcie.

Badacze z Uniwersytetów w Sheffield i Warwick zaprzęgli komputer do zobrazowania tworzenia się skorupki jajka. Wygląda też na to, że przynajmniej częściowo udało im się udzielić odpowiedzi na pytanie: co było pierwsze – jajko czy kura? Wg nich, kura... Brytyjczycy tłumaczą, że pierwsze i ostatnie słowo we wzmiankowanym procesie należy do kurzego białka zwanego owokledydyną-17 (OC-17). Dzięki niemu zespół mógł zdobyć więcej informacji o kontroli wzrostu kryształów, bez którego nie sposób wyobrazić sobie formowania skorupki. Biolodzy od dawna wiedzieli, że owokledydyna musi odgrywać jakąś rolę w tworzeniu skorupki. Proteina ta występuje wyłącznie w mineralnej części jaja. Testy laboratoryjne wykazały, że wpływa na tworzenie z węglanu wapnia kryształów kalcytu (istnieją też inne odmiany polimorficzne CaCO3, np. aragonit, dlatego ważne jest, by odpowiednio pokierować krystalizacją). Długo nie było jednak wiadomo, jak można wykorzystać ten proces podczas formowania skorupki. Brytyjczycy odwołali się do tzw. metadynamiki, która bazuje na zdolności systemu do zapamiętywania, a więc uczenia się po zaprezentowaniu nowych danych. Wykorzystali też moce obliczeniowe superkomputera z Edynburga. Nic zatem dziwnego, że owocem ich prac jest dokładna symulacja "jajecznych" wydarzeń krok po kroku. Okazało się, że na początku OC-17 wiąże się na powierzchni amorficznego węglanu wapnia. Jest to możliwe dzięki dwóm klastrom reszt argininowych, które znajdują się w pętlach. W ten sposób tworzą się nanokleszcze na CaCO3. Później OC-17 "nakłania" węglan wapnia do przekształcenia w krystalit kalcytu. Na takim jądrze będą się nadbudowywać kolejne warstwy minerału. Akademicy zauważyli, że czasami białkowe szczypce nie działają i OC-17 odłącza się od nanocząstki. W doskonale zorganizowanym mechanizmie dochodzi do swoistego recyklingu OC-17. Białko to działa jak katalizator, rozpoczynając tworzenie się sieci krystalicznej. Gdy wiadomo, że konkretne jądro jest już wystarczająco duże i proces będzie przebiegał bez zakłóceń, dochodzi do odłączenia proteiny. Udaje się ona w inne rejony, aby tam wspomóc krystalizację kolejnych ziarenek. W ten oto sposób skorupka kurzego jaja tworzy się w ciągu zaledwie jednej nocy. Zrozumienie, jak kury wytwarzają skorupki, jest fascynujące samo w sobie, lecz daje też wskazówki dotyczące projektowania nowych materiałów i procesów – podsumowuje prof. John H. Harding z Wydziału Inżynierii Materiałów Uniwersytetu w Sheffield.

Choć badania nad chemicznymi i fizycznymi właściwościami pereł trwają od lat, dopiero teraz, dzięki wysiłkom badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego, udało się odkryć cząsteczki, od których zaczyna się proces powstawania tych szlachetnych kryształów. O odkryciu poinformowało czasopismo Science. Pierwszym krokiem w badaniach prowadzonych przez zespół Michio Suzukiego było zidentyfikowanie białek znajdujących się we wnętrzu pereł wytwarzanych przez ostrygi Pinctada fucata. Wśród wielu odnalezionych w ten sposób protein dwie, zwane Pif80 oraz Pif97, wyglądały na składniki kluczowe dla struktury połyskliwego wytworu mięczaków. Dalsze etapy studium polegały na zbadaniu funkcji obu białek. W tym celu zaprojektowano wirusy, których zadaniem było zakażenie ostryg i zablokowanie produkcji badanych cząsteczek. Jak się okazało, uniemożliwienie zwierzęciu syntezy Pif80 lub Pif97 prowadziło do poważnego zaburzenia struktury całej perły. Jak oceniają japońscy badacze, zadaniem Pif97 jest związanie cząsteczek chityny, czyli wielocukru o wysokiej wytrzymałości mechanicznej (to z niej powstają m.in. pancerzyki skorupiaków). Kiedy chitynowo-białkowy szkielet jest gotowy, do akcji wkracza Pif80, które wiąże jego składniki z kolejnym ważnym składnikiem masy perłowej, czyli węglanem wapnia. Zdaniem autorów, zidentyfikowanie białek odpowiedzialnych za powstawanie pereł może ułatwić ich produkcję w warunkach hodowlanych. Aby to osiągnąć, teoretycznie wystarczyłoby przyśpieszyć syntezę Pif80 oraz Pif97 w organizmach ostryg, a następnie liczyć rosnące coraz szybciej zyski... Czy rzeczywiście jest to takie proste, okaże się za kilka lat.

Osoby z osteoporozą częściej cierpią na łagodne pozycyjne zawroty głowy. Co ważne, pojawiają się one mimo braku urazu głowy czy operacji ucha (Neurology). Uważa się, że przyczyną tego zjawiska jest zanik otolitów (inaczej statolitów lub kamyczków błędnikowych), czyli ziarenek węglanu wapnia. Znajdują się one w kanałach półkolistych ucha wewnętrznego i uciskając włoski receptorów połączonych z nerwem równoważno-słuchowym, informują o położeniu ciała w przestrzeni. Zespół dr Ji Soo Kim z Narodowego Uniwersytetu Seulskiego zbadał 209 pacjentów z zawrotami głowy. Zestawiono ich z 202 osobami bez tej przypadłości. Okazało się, że w porównaniu do badanych z prawidłową gęstością kości, ludzie z osteoporozą uskarżali się na zawroty głowy 3-krotnie, a chorzy z osteopenią (ubytkiem masy kostnej, który jeszcze nie jest patologiczny) 2-krotnie częściej. Dwadzieścia pięć procent pacjentek z zawrotami głowy miało też osteoporozę, chorobę diagnozowano zaś tylko u 6% pań wolnych od uczucia wirowania. U 47% kobiet z zaburzeniami równowagi stwierdzono osteopenię; dotyczyło to jedynie 33% przedstawicielek grupy bez zawrotów głowy. Dwanaście procent mężczyzn uskarżających się na wirowanie miało również kłopot z osteoporozą (w porównaniu do 6% grupy bez zaburzeń równowagi). Osteopenia dotyczyła 40% panów z zawrotami głowy i 27% szczęśliwców, którzy ich nie zaznali. Wyniki sugerują, że u ludzi z zawrotami występują zaburzenia metabolizmu wapnia. U kobiet pierwszy tego typu epizod występuje po 50. roku życia, kiedy spadek poziomu estrogenu powoduje obniżenie masy kostnej – podsumowuje dr Ji Soo Kim.

Bakterie glebowe zostaną prawdopodobnie wykorzystane przy stabilizowaniu budynków w rejonach występowania trzęsień ziemi. Według badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, zadanie mikrobów byłoby proste: przetwarzałyby luźną piaszczystą glebę w skałę. Podczas silnych trzęsień ziemi piaski zachowują się jak ciecze, co, jak można się łatwo domyślić, nie wpływa korzystnie na usadowione na nich konstrukcje i budynki, które zostają zwyczajnie wciągnięte w głąb. Do tej pory inżynierowie wprowadzali do piaszczystych gleb związki chemiczne łączące ze sobą poszczególne ziarna. Jason DeJong, profesor nadzwyczajny inżynierii cywilnej i środowiskowej na UC Davis, twierdzi jednak, że działania takie prowadzą do skażenia wody i gleby. Nowa technologia była testowana jedynie w laboratorium. Spośród wielu różnych bakterii wybrano Bacillus pasteurii. Mikroorganizmy odkładają dookoła ziaren piasku kalcyt, czyli węglan wapnia (CaCO3), który działa jak cement. Podczas eksperymentów DeJong i zespół wprowadzali do ziemi kultury bakteryjne, dodatkowe składniki odżywcze oraz tlen. Okazało się, że umieszczony w cylindrze luźny piasek zamieniał się w twardy walec. Podobne zabiegi pozwalały łatać niewielkie zarysowania powstałe np. na pomnikach, ale jeszcze nigdy nie wzmacniano w ten sposób gleby. Profesor wylicza korzyści wynikające z zastosowania metody bakteryjnej: 1) jest nietoksyczna, 2) można się do niej odwołać na każdym etapie budowy czy "życia" już skonstruowanego budynku. Nie zmienia się struktury gleby, wypełnione zostają po prostu puste przestrzenie między ziarnami (Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering). Zespół Kalifornijczyków chce rozwinąć swoją technologię do tego stopnia, by można ją było zastosować w praktyce.