Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Bezkręgowiec wykorzystuje lądowe punkty orientacyjne

Recommended Posts

Tripedalia cystophora należą do gromady kostkowców, które z wyglądu bardzo przypominają krążkopławy. Zazwyczaj zamieszkują namorzyny, gdzie obficie występują krewetki, a liczne oczy pomagają im w unikaniu zderzeń z podwodnymi obiektami. Naukowców zaintrygowało jednak, że część z oczu stale spogląda w górę (za ustawienie odpowiadają znajdujące się w strukturach otaczających oczy kryształy gipsu). Okazuje się, że dzięki temu zwierzęta mogą śledzić, co dzieje się nad powierzchnią wody.

Dan-Eric Nilsson, biolog z Uniwersytetu w Lund, doszedł do tego, przeprowadzając ciekawy eksperyment. Wraz z zespołem umieścił zwierzęta w otwartym akwarium, a następnie opuścił je na dno w lesie namorzynowym w Portoryko. Naukowcy monitorowali T. cystophora za pomocą kamery wideo. Kiedy akwarium znajdowało się blisko drzew, a ich korony były nadal widoczne dokładnie nad nim, kostkowce co chwilę uderzały ciałem w ścianę najbliższą roślinom. Gdy jednak akwarium przesunięto o 12 m od krawędzi lasu i nad powierzchnią wody nie było widać drzew, zwierzęta pływały we wszystkich kierunkach.

Ponieważ zbiornik uniemożliwiał kontakt ze związkami chemicznymi znajdującymi się w wodzie pływowej, a muł ograniczał widoczność, wg Nilssona kostkowce musiały orientować się w przestrzeni dzięki drzewom.

To pierwszy taki przypadek, by naziemne wskazówki były wykorzystywane przez kostkowce czy jakiekolwiek inne bezkręgowce do nawigowania [w środowisku wodnym]. Chowanie się pod gałęziami/koroną drzew jest bardzo rozsądne, ponieważ krewetki, na które polują T. cystophora, występują głownie na płyciźnie.

Szwedzi zrobili zdjęcia tuż przy powierzchni wody i sporządzili na tej podstawie modele, co kostkowce mogą widzieć dzięki skierowanym ku górze oczom. W ten sposób ustalili, że mogą wykryć drzewa zlokalizowane do 8 m od brzegu lasu.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Defekty w kryształach, zwłaszcza dyslokacje krawędziowe o charakterze długich uskoków, wpływają na strukturę całego materiału i modyfikują jego podstawowe właściwości, redukując możliwości zastosowań. Fizycy z Krakowa i Warszawy pokazali na przykładzie kryształu węglika krzemu, że nawet tak wymagające obliczeniowo defekty można z powodzeniem badać z dokładnością atomową za pomocą umiejętnie skonstruowanego modelu.
      Matematyka kocha perfekcję. Niestety, perfekcja nie kocha fizycznej rzeczywistości. Teoretycy zajmujący się modelowaniem kryształów od dawna próbowali uwzględniać defekty występujące w prawdziwych strukturach krystalicznych i przewidywać ich wpływ na właściwości fizyczne materiałów. Modele, bazujące na wynikach różnych eksperymentów, opisywały zmiany podstawowych własności materiału bez wyjaśniania rzeczywistych przyczyn i skutków zaistniałych zjawisk. Dopiero nowy model węglika krzemu (SiC), zbudowany przez fizyków z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, pozwolił zademonstrować, że już dziś można "z pierwszych zasad" modelować kryształy nawet z tak złożonymi defektami jak dyslokacje krawędziowe i wyjaśniać ich cechy procesami zachodzącymi w skali atomowej. Spektakularny rezultat, omawiany podczas niedawnej konferencji Multis 2019 w Krakowie i opublikowany w czasopiśmie Journal of Materials Science, krakowscy fizycy osiągnęli we współpracy z ulokowanymi w Warszawie Instytutem Podstawowych Problemów Techniki PAN i Instytutem Wysokich Ciśnień PAN.
      Staraliśmy się poznać na poziomie atomowym mechanizmy odpowiedzialne za obniżanie się prądu przebicia w kryształach węglika krzemu. Nasze obliczenia, wywodzące się z "pierwszych zasad", prowadzą ku jakościowemu zrozumieniu problemu i przyczyniają się do wyjaśnienia szczegółów tego zjawiska - mówi dr hab. Jan Łażewski, prof. IFJ PAN.
      Obliczenia "z pierwszych zasad" mają długą historię związaną z Nagrodą Nobla dla Waltera Kohna i Johna Pople'a w 1998 roku (do symulacji defektów w kryształach wprowadzono je jednak niedawno). Pojęciem tym określa się obliczenia przeprowadzane z użyciem równań mechaniki kwantowej, wsparte jedynie wiedzą o budowie atomu i symetrii kryształów. W podejściu tym nie ma żadnych bezpośrednich informacji z eksperymentów, co oznacza, że z jego pomocą można analizować również takie materiały, których jeszcze nikt nigdy nie badał, a nawet nie zsyntetyzował. Ze względu na dużą komplikację zagadnienia, do tej pory obliczenia z pierwszych zasad stosowano jedynie do zaburzeń punktowych, związanych z wakansami (brakami atomów, czyli dziurami w strukturze krystalicznej) lub domieszkami wprowadzanymi do kryształu.
      Krakowscy badacze nie bez przyczyny zajęli się węglikiem krzemu. Właściwości tego półprzewodnika są tak interesujące, że kiedyś uważano go nawet za następcę krzemu. Jego przerwa energetyczna (bariera, którą musi pokonać ładunek żeby przedostać się z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa i brać udział w przewodzeniu prądu) jest niemal trzykrotnie większa niż w krzemie, dopuszczalna gęstość prądu przewodzenia – dwukrotnie, zdolność do odprowadzania ciepła – ponadtrzykrotnie, a graniczna częstotliwość pracy kryształu – aż sześciokrotnie. Mało tego, układy wykonane z węglika krzemu mogą pracować w temperaturach do 650 stopni Celsjusza, podczas gdy układy krzemowe zaczynają mieć problemy już przy 120 stopniach. SiC ma także wysoką temperaturę topnienia, jest twardy, odporny na kwasy i promieniowanie. Do jego wad należy przede wszystkim cena: o ile dwucalowe płytki krzemowe kosztują zaledwie kilka dolarów, wartość podobnych płytek z węglika krzemu trzeba liczyć w tysiącach. Kryształy węglika krzemu o niskiej jakości to popularny materiał ścierny, stosowany również w kamizelkach kuloodpornych i w tarczach hamulcowych najdroższych samochodów świata, takich jak Lamborghini czy Bugatti. Wysokiej jakości kryształy służą do wyrobu zwierciadeł teleskopów i elementów wysokonapięciowych urządzeń o dużej odporności na temperaturę.
      Na poziomie atomowym kryształy węglika krzemu są zbudowane z wielu ułożonych jedna na drugiej płaskich warstw. Każda warstwa przypomina plaster miodu: składa się z sześciokątnych komórek, w których narożnikach są ulokowane pionowo cząsteczki węglika krzemu. Każde dwie sąsiednie warstwy można połączyć na trzy sposoby. Wielowarstwowe "kanapki" o różnych wzajemnych ułożeniach tworzą tzw. modyfikacje politypowe, których w przypadku węglika krzemu jest ponad 250. Grupa z IFJ PAN zajmowała się politypem oznaczonym jako 4H-SiC.
      Przy modelowaniu tego typu struktur jednym z podstawowych problemów jest złożoność obliczeniowa. Model kryształu czystego, pozbawionego domieszek czy dyslokacji, charakteryzuje się dużą symetrią i można go przeliczyć nawet w kilka minut. Żeby zrobić rachunek dla materiału z dyslokacją, potrzebujemy już całych miesięcy pracy komputera o dużej mocy obliczeniowej - podkreśla dr hab. Paweł Jochym, prof. IFJ PAN.
      Kłopoty z dyslokacjami krawędziowymi wynikają ze skali ich wpływu na strukturę krystaliczną materiału. Obrazowo można je porównać do problemów z zamaskowaniem braku części jednego rzędu płytek w posadzce. Wyrwę można "zabliźnić", przesuwając płytki sąsiadujących rzędów, ale defekt pozostanie zawsze widoczny. Dyslokacje krawędziowe, wynikające z braku całych ciągów lub połaci atomów/cząsteczek w poszczególnych warstwach kryształu, działają podobnie, wpływając na położenia atomów i cząsteczek w wielu sąsiednich warstwach. A ponieważ dyslokacje mogą się rozciągać na znaczne odległości, w praktyce wywołane nimi zaburzenia obejmują cały kryształ.
      Najciekawsze zjawiska zachodzą w rdzeniu dyslokacji, a więc w bezpośrednim sąsiedztwie krawędzi uszkodzonej warstwy sieci krystalicznej. Aby wyeliminować dalekozasięgowe efekty, wywołane pojedynczą dyslokacją, a tym samym znacznie ograniczyć liczbę rozważanych atomów, zastosowano trik: wprowadzono drugą dyslokację, o przeciwnym działaniu. W ten sposób skompensowano oddziaływanie pierwszej dyslokacji na większych odległościach.
      Model kryształu SiC składał się z około 400 atomów. Przeprowadzone symulacje wykazały, że w warstwach kryształów, wzdłuż krawędzi rdzenia defektu, pojawiają się "tunele" w formie kanałów o zmniejszonej gęstości ładunku. Obniżają one lokalnie barierę potencjału i powodują, że ładunki elektryczne mogą "wyciekać" z pasma walencyjnego. Dodatkowo w przerwie wzbronionej, która w izolatorze gwarantuje brak przewodzenia prądu elektrycznego, pojawiają się stany redukujące jej szerokość i skuteczność w ograniczaniu przepływu ładunku. Wykazano, że stany te pochodzą od atomów ulokowanych w rdzeniu dyslokacji.
      Sytuację można porównać do głębokiego, stromego wąwozu, który próbuje pokonać wiewiórka. Jeśli dno wąwozu jest puste, wiewiórka nie przedostanie się na drugą stronę. Jeśli jednak na dnie rośnie pewna liczba odpowiednio wysokich drzew, wiewiórka może po ich wierzchołkach przeskoczyć na drugą stronę wąwozu. W modelowanym przez nas krysztale wiewiórką są ładunki elektryczne, pasmo walencyjne to jedna krawędź wąwozu, pasmo przewodnictwa – druga, a drzewami są wspomniane stany związane z atomami rdzenia dyslokacji - mówi prof. Łażewski.
      Teraz, gdy mechanizmy odpowiedzialne za obniżanie progu bariery energetycznej stały się znane na poziomie atomowym, pojawiło się ogromne pole do popisu dla eksperymentatorów. Zaproponowany mechanizm trzeba będzie zweryfikować, by później móc go użyć do ograniczenia negatywnego wpływu badanych defektów. Na szczęście istnieją już odpowiednie ku temu możliwości techniczne.
      Przyszłość zweryfikuje, czy nasze pomysły zostaną potwierdzone w całości. Jesteśmy jednak spokojni o losy naszego modelu i zaprezentowanego podejścia do symulowania dyslokacji krawędziowych. Już teraz wiemy, że model "z pierwszych zasad" sprawdził się w konfrontacji z niektórymi danymi eksperymentalnymi - podsumowuje prof. Jochym.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Queensland University of Technology (QUT) odkryli, że rośliny odgrywają ważną rolę w jonizacji powietrza.
      Doktorzy Rohan Jayaratne i Xuan Ling przeprowadzili eksperymenty w 6 miejscach wokół Brisbane. Stwierdzili, że stężenie anionów i kationów w powietrzu było na terenach gęsto zadrzewionych 2-krotnie wyższe niż na otwartych obszarach porośniętych trawą, np. parkach.
      Jayaratne wyjaśnia, że w atmosferze znajdują się śladowe ilości gazu radonu, który w czasie rozpadu emituje promieniowanie alfa o małej przenikliwości, ale o dużej zdolności jonizującej. Za powstawanie jonów odpowiada też promieniowanie kosmiczne.
      Radon to produkt rozpadu radu, który naturalnie występuje w skałach i minerałach. Ponieważ rad występuje w skałach, a radon jest rozpuszczalny w wodzie, w wodach gruntowych występuje szczególnie dużo tego pierwiastka. Drzewa działają jak pompy radonu. Najpierw za pomocą korzeni pobierają wodę z Rn, a potem przeprowadzają transpirację [czynne parowanie wody z nadziemnych części roślin]. Szczególnie dobrymi pompami radonu są drzewa z głębokim systemem korzeniowym, np. eukaliptusy.
      Australijczycy wyliczyli, że w lesie eukaliptusowym, gdy wskaźnik transpiracji jest najwyższy, drzewa odpowiadają za 37% radonu w powietrzu.
      Naukowcy przypominają, że cząstki naładowane z większym prawdopodobieństwem odkładają się w płucach niż cząsteczki nienaładowane. Nie sądzimy, że jony są niebezpieczne - zagrożenie stwarzają zanieczyszczenia. Jeśli w powietrzu nie ma groźnych cząsteczek, które mogłyby się przyłączyć do jonów, nie ma ryzyka utraty zdrowia.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Specjaliści z należącego do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), University of Maryland oraz Woods Hole Research Center stworzyli szczegółową mapę wysokości lasów. Pomoże ona zrozumieć rolę, jaką odgrywają lasy w zmianach klimatu oraz w jaki sposób ich wysokość wpływa na zamieszkujące je gatunki.
      Mapę stworzono za pomocą umieszczonego na orbicie lasera, który zbadał wysokość lasów wysyłając w ich kierunku 2,5 miliona impulsów świetlnych. Dane z odbicia światła były następnie szczegółowo analizowane i porównywane z informacjami uzyskanymi z 70 stacji naziemnych.
      Badania wykazały, że, ogólnie rzecz ujmując, wraz ze wzrostem szerokości geograficznej, spada wysokość drzew. Najwyższe rośliny znajdują się w tropikach, a im bliżej biegunów, tym są niższe. Znaczącym wyjątkiem jest roślinność Australii i Nowej Zelandii znajdująca się w okolicach 40. stopnia szerokości południowej. Rosną tam eukaliptusy, należące do najwyższych roślin na Ziemi.
      Najnowsze pomiary wykazują, że lasy na naszej planecie są wyższe, niż wcześniej szacowano. Dotyczy to w szczególności lasów w tropikach i tajgi. Niższe za to niż sądzono są lasy na obszarach górskich.
      Nasza mapa to jeden z najdokładniejszych dostępnych obecnie pomiarów wysokości lasów na Ziemi - mówi Marc Simard z JPL.
      Nawet jednak te pomiary nie są doskonałe. Na ich dokładność wpływa bowiem zarówno stopień w jakim człowiek na poszczególnych obszarach zniszczył lasy, jak i różnice w wysokości poszczególnych drzew. Dla niektórych części globu pomiary będą zatem znacznie bardziej dokładne niż dla innych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zagipsowana ręka w ciągu 16 dni zmienia anatomię mózgu. Naukowcy z Uniwersytetu w Zurychu stwierdzili, że gdy po unieruchomieniu osoba praworęczna zaczyna się posługiwać wyłącznie lub przede wszystkim ręką lewą, odpowiednie obszary w lewej półkuli ulegają zmniejszeniu, a związane z kompensacją rejony z półkuli prawej powiększają się.
      Badanie przeprowadzili wspólnie prof. Lutz Jäncke i pracownicy Oddziału Chirurgii Urazowej Szpitala Uniwersyteckiego w Zurychu. Zespół z Uniwersytetu w Zurychu zdecydował się wykorzystać okazję i przetestować pacjentów szpitala akademickiego, ponieważ niewiele wiadomo o wpływie redukcji czuciowych danych wejściowych i motorycznych wychodzących na ludzki mózg. Uwzględniono przypadki 10 praworęcznych osób ze złamaniami prawej kości ramiennej. Z powodu założenia gipsu albo noszenia temblaka przez 2 tyg. pacjenci prawie nie ruszali prawą ręką i większość codziennych zadań z konieczności wykonywali ręką lewą.
      Mózg ochotników 2-krotnie zbadano za pomocą rezonansu magnetycznego. Raz w ciągu 48 godzin od urazu i jeszcze raz po 16 dniach unieruchomienia. Neuropsycholodzy przeanalizowali stan istot szarej i białej na skanach. Wyliczono grubość kory czuciowo-ruchowej oraz wartości anizotropii frakcjonowanej (ang. fractional anisotropy, FA) drogi korowo-rdzeniowej, która unerwia mięśnie organizmu poza twarzoczaszką, szyją i częścią mięśnia czworobocznego. Dodatkowo Szwajcarzy oceniali tzw. małą motorykę lewej ręki (biegłość w wykonywaniu drobnych ruchów).
      Przypomnijmy, że FA może osiągać wartości od 0 do 1, gdzie 0 oznacza strukturę izotropową, czyli wykazującą we wszystkich kierunkach te same właściwości fizyczne, a 1 strukturę anizotropową (z różnymi właściwościami fizycznymi), gdzie dyfuzja cząsteczek wody może zachodzić tylko w jednym kierunku.
      "W krótkim czasie unieruchomienie prawej ręki zmieniło obszary czuciowe i ruchowe mózgu" - opowiada Nicki Langer. Zmniejszyła się grubość pierwszorzędowej kory ruchowej (M1, czyli zakrętu przedśrodkowego, równoległego do bruzdy środkowej), odpowiadającego pierwszorzędowej korze czuciowej zakrętu zaśrodkowego w lewej półkuli i FA istoty białej lewej drogi korowo-ruchowej, które kontrolują ruchy prawej strony ciała, natomiast objętość substancji szarej i FA prawej kory czuciowo-ruchowej wzrosła. Interesujące, że sprawność manualna lewej dłoni w zakresie drobnych ruchów poprawiła się znacząco już po 16 dniach unieruchomienia ręki dominującej - dodaje Jäncke. Im lepiej ktoś się posługiwał lewą ręką, tym większe zaobserwowano zmiany w obrębie obszarów ruchowych lewej i prawej półkuli.
      Choć praworęczni pacjenci, którzy zmuszeni byli używać lewej dłoni, coraz lepiej radzili sobie z codziennymi czynnościami, takimi jak mycie zębów czy pisanie, wzrost objętości kory w prawej półkuli dotyczył raczej kory przedruchowej niż ruchowej. Kora przedczołowa jest zaangażowana w wykonywanie szczególnie skomplikowanych działań. Instaluje i kasuje nowe programy motoryczne - wyjaśnia Jäncke.
      Szwajcarzy uważają, że ich odkrycia wspierają aktualnie stosowaną metodę rehabilitacji chorych po udarze mózgu - metodę wymuszenia ruchu (ang. constraint-induced therapy, CIT). Unieruchomienie kończyny kontrolowanej przez nieuszkodzoną część mózgu wydaje się bowiem rozbudowywać, a więc poprawiać działanie regionu zniszczonego. Biorąc pod uwagę zakres plastyczności mózgu, należy jednak pamiętać, by unieruchomienie nie trwało zbyt długo.
      W najbliższej przyszłości Jäncke i inni zamierzają sprawdzić, jak długo utrzymują się opisane zmiany.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Świadkowie, niestety, często się mylą. Okazuje się, że by zdobyć bardziej wiarygodne dowody dla sądu, warto polegać nie na tym, co człowiek mówi, ale gdzie patrzy.
      Ruchy oczu są szybko ściągane w rejon zapamiętanych obiektów - podkreśla prof. Deborah Hannula z University of Wisconsin Milwaukee. Śledzenie, gdzie i przez jaki czas ktoś patrzy, może pomóc w odróżnieniu obiektów wcześniej widzianych i nowych [...].
      Amerykańscy psycholodzy dali studentom do pooglądania 36 twarzy, które następnie poddano morfingowi. Nowe fizjonomie miały być bardzo podobne do oryginalnych. Później badani zapoznawali się z 36 trzyelementowymi zestawami. Poinformowano ich, że w zbiorze może w ogóle nie występować twarz z początku eksperymentu. Naciśnięciem guzika trzeba było zasygnalizować, która z twarzy pojawiła się w pierwotnym zbiorze. W razie nieobecności takiego elementu należało wybrać jakąkolwiek twarz. Eksperymentatorzy prosili też, by nie tylko wskazywać, ale i powiedzieć, czy dana fizjonomia pojawiła się wcześniej, czy nie.
      Gdy ochotnicy przyglądali się 3-elementowym zestawom, naukowcy nagrywali ruchy oczu. Ustalali, gdzie dany człowiek spojrzał na początku i ile czasu spędził na patrzeniu na ten obiekt. W czasie analizy twarze podzielono na 3 grupy: 1) rzeczywiście oglądane na początku eksperymentu, 2) twarze poddane morfingowi, które badani pomylili z twarzami pierwotnymi, 3) twarze zmorfowane, wskazane przy pełnej świadomości, że nie są tymi, o które chodziło.
      Okazało się, że ochotnicy łatwo identyfikowali twarze oglądane na wstępie. Dłużej na nie patrzyli i często kierowali tam wzrok od razu po zaprezentowaniu 3-elementowego zestawu. Interesujące jest to, że zanim badani wybrali twarz i zasygnalizowali to, naciskając guzik, w porównaniu do innych twarzy, nieproporcjonalnie dużo patrzyli na tę "docelową". Wszystko jednak zmieniało się po naciśnięciu guzika: spoglądanie dopasowywało się do reakcji behawioralnej, bez względu na to, czy była prawidłowa, czy nie.
      Hannula uważa, że metodę bazującą na monitorowaniu ruchów sakkadowych oczu można wykorzystać w badaniu pamięci dzieci czy osób chorych psychicznie (obie te grupy miewają problemy komunikacyjne).
×
×
  • Create New...