-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Żelazo jest niezbędne do życia. Bierze udział w fotosyntezie, oddychaniu czy syntezie DNA. Autorzy niedawnych badań stwierdzili, że mogło być tym metalem, który umożliwił powstanie złożonych form życia. Dostępność żelaza jest czynnikiem decydującym, jak bujne życie jest w oceanach. Pył z Sahary nawozi Atlantyk żelazem. Badacze z USA i Wielkiej Brytanii zauważyli właśnie, że im dalej od Afryki, tym nawożenie jest skuteczniejsze.
Żelazo trafia do ekosystemów wodnych i lądowych z różnych źródeł. Jednym z najważniejszych jest jego transport z wiatrem. Jednak nie zawsze żelazo jest w formie bioaktywnej, czyli takiej, w której może być wykorzystane przez organizmy żywe.
Autorzy omawianych tutaj badań wykazali, że właściwości żelaza, które wraz z saharyjskim pyłem jest niesione z wiatrami na zachód, zmieniają się w czasie transportu. Im większa odległość, na jaką został zaniesiony pył, tym więcej w nim bioaktywnego żelaza. To wskazuje, że procesy chemiczne zachodzące w atmosferze zmieniają żelazo z forma mniej na bardziej przystępne dla organizmów żywych.
Doktor Jeremy Owens z Florida State University i jego koledzy zbadali pod kątem dostępności żelaza cztery rdzenie pobrane z dna Atlantyku. Wybrali je ze względu na odległość od tzw. Korytarza Pyłowego Sahara-Sahel. Rozciąga się on pomiędzy Czadem a Mauretanią i jest ważnym źródłem żelaza niesionego przez wiatry na zachód. Pierwszy rdzeń pochodził z odległości 200 km od północno-zachodnich wybrzeży Mauretanii, drugi został pobrany 500 km od wybrzeży, trzeci ze środka Atlantyku, a czwarty to materiał pochodzący z odległości około 500 km na wschód od Florydy. Naukowcy zbadali górne 60–200 metrów rdzeni, gdzie zgromadzone są osady z ostatnich 120 tysięcy lat, czyli z okresu od poprzedniego interglacjału.
Analizy wykazały, że im dalej od Afryki, tym niższy odsetek żelaza w osadach. To wskazuje, że większa jego część została pobrana przez organizmy żywe w kolumnie wody i żelazo nie trafiło do osadów. Sądzimy, że pył, który dociera do Amazonii czy na Bahamy zawiera żelazo szczególnie przydatne dla organizmów żywych.[...] Nasze badania potwierdzają, że pył zawierający żelazo może mieć duży wpływ na rozwój życia na obszarach znacznie odległych od jego źródła, mówi doktor Timothy Lyons z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie organizmy żywe wykorzystują metale w czasie podstawowych funkcji życiowych, od oddychania po transkrypcję DNA. Już najwcześniejsze organizmy jednokomórkowe korzystały z metali, a metale znajdziemy w niemal połowie enzymów. Często są to metale przejściowe. Naukowcy z University of Michigan, California Institute of Technology oraz University of California, Los Angeles, twierdzą, że żelazo było tym metalem przejściowym, który umożliwił powstanie życia.
Wysunęliśmy radykalną hipotezę – żelazo było pierwszym i jedynym metalem przejściowym wykorzystywanym przez organizmy żywe. Naszym zdaniem życie oparło się na tych metalach, z którymi mogło wchodzić w interakcje. Obfitość żelaza w pierwotnych oceanach sprawiła, że inne metale przejściowe były praktycznie niewidoczne dla życia, mówi Jena Johnson z University of Michigan.
Johnson połączyła siły z profesor Joan valentine z UCLA i Tedem Presentem z Caltechu. Profesor Valentine od dawna bada, jakie metale wchodziły w skład enzymów u wczesnych form życia, umożliwiając im przeprowadzanie niezbędnych procesów życiowych. Od innych badaczy wielokrotnie słyszała, że przez połowę historii Ziemi oceany były pełne żelaza. W mojej specjalizacji, biochemii i biochemii nieorganicznej, w medycynie i w procesach życiowych, żelazo jest pierwiastkiem śladowym. Gdy oni mi powiedzieli, że kiedyś nie było pierwiastkiem śladowym, dało mi to do myślenia, mówi uczona.
Naukowcy postanowili więc sprawdzić, jak ta obfitość żelaza w przeszłości mogła wpłynąć na rozwój życia. Ted Present stworzył model, który pozwolił na sprecyzowanie szacunków dotyczących koncentracji różnych metali w ziemskich oceanach w czasach, gdy rozpoczynało się życie. Najbardziej dramatyczną zmianą, jaka zaszła podczas katastrofy tlenowej, nie była zmiana koncentracji innych metali, a gwałtowny spadek koncentracji żelaza rozpuszczonego w wodzie. Nikt dotychczas nie badał dokładnie, jaki miało to wpływ na życie, stwierdza uczona.
Badacze postanowili więc sprawdzić, jak przed katastrofą tlenową biomolekuły mogły korzystać z metali. Okazało się, że żelazo spełniało właściwie każdą niezbędną rolę. Ich zdaniem zdaniem, ewolucja może korzystać na interakcjach pomiędzy jonami metali a związkami organicznymi tylko wówczas, gdy do interakcji takich dochodzi odpowiednio często. Obliczyli maksymalną koncentrację jonów metali w dawnym oceanie i stwierdzili, że ilość jonów innych biologiczne istotnych metali była o całe rzędy wielkości mniejsza nią ilość jonów żelaza. I o ile interakcje z innymi metalami w pewnych okolicznościach mogły zapewniać ewolucyjne korzyści, to - ich zdaniem - prymitywne organizmy mogły korzystać wyłącznie z Fe(II) w celu zapewnienia sobie niezbędnych funkcji spełnianych przez metale przejściowe.
Valentine i Johnson chciały sprawdzić, czy żelazo może spełniać w organizmach żywych te funkcje, które obecnie spełniają inne metale. W tym celu przejrzały literaturę specjalistyczną i stwierdziły, że o ile obecnie życie korzysta z innych metali przejściowych, jak cynk, to nie jest to jedyny metal, który może zostać do tych funkcji wykorzystany. Przykład cynku i żelaza jest naprawdę znaczący, gdyż obecnie cynk jest niezbędny do istnienia życia. Pomysł życia bez cynku był dla mnie trudny do przyjęcia do czasu, aż przekopałyśmy się przez literaturę i zdałyśmy sobie sprawę, że gdy nie ma tlenu, który utleniłby Fe(II) do Fe(III) żelazo często lepiej spełnia swoją rolę w enzymach niż cynk, mówi Valentine. Dopiero po katastrofie tlenowej, gdy żelazo zostało utlenione i nie było tak łatwo biologicznie dostępne, życie musiało znaleźć inne metale, które wykorzystało w enzymach.
Zdaniem badaczy, życie w sytuacji powszechnej dostępności żelaza korzystało wyłącznie z niego, nie pojawiła się potrzeba ewolucji w kierunku korzystania w innych metali. Dopiero katastrofa tlenowa, która dramatycznie ograniczyła ilość dostępnego żelaza, wymusiła ewolucję. Organizmy żywe, by przetrwać, musiały zacząć korzystać z innych metali. Dzięki temu pojawiły się nowe funkcje, które doprowadziły do znanej nam dzisiaj różnorodności organizmów żywych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Chińscy naukowcy dali nam kolejny powód, by pozostawiać niezgrabione liście w spokoju. Rośliny do przeprowadzania fotosyntezy potrzebują jonów tlenku żelaza na drugim stopniu utlenienia (Fe2+). Jednak większość żelaza w glebie stanowią jony na trzecim stopniu utlenienia (Fe3+). Uczeni ze Wschodniochińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Szanghalu odkryli, że żelazo zawarte w opadłych liściach pomaga uzupełnić te niedobory, zamieniając Fe3+ w Fe2+ za pomocą transferu elektronów.
Rośliny w sposób naturalny zamieniają Fe3+ w Fe2+ za pomocą reakcji redukcji, w której biorą udział molekuły znajdujące się w korzeniach. Mimo to, nadal mogą cierpieć na niedobory Fe2+. Ma to poważne konsekwencje dla rolnictwa. Przez brak Fe2+ rośliny gorzej przeprowadzają fotosyntezę, dochodzi do zaburzeń w wytwarzaniu chlorofilu (chlorozy) w młodych liściach oraz słabego wzrostu korzeni, co prowadzi do zmniejszenia plonów, mówi Shanshang Liang, jeden z członków zespołu badawczego.
Stosowane standardowo w rolnictwie nawozy nieorganiczne, jak FeSO4 nie są zbyt wydajne, gdyż dostarczane wraz z nimi jony Fe2+ szybko zmieniają się w Fe3+. Z kolei lepiej spełniające swoją rolę nawozy organiczne, jak chelaty żelaza, są drogie. Można, oczywiście, zmodyfikować rośliny genetycznie tak, by bardziej efektywnie czerpały Fe2+, jednak to wyzwanie zarówno naukowe, ponadto rośliny GMO wciąż budzą kontrowersje. Tymczasem wystarczy pozostawić szczątki roślin, by zapewnić dostarczenie do gleby składników zapewniających rozwój kolejnych pokoleń roślin.
Chiński zespół już podczas poprzednich badań zauważył, że żelazo zmienia swoją wartościowość podczas biochemicznych reakcji polegających na transferze elektronów. Proces taki zachodzi pomiędzy Fe3+ a pewnymi enzymami w korzeniach roślin. Teraz naukowcy wykorzystali rentgenowską spektrometrię fotoelektronów, spektroskopię fourierowską w podczerwieni oraz spektroskopię UV-VIS do obserwacji zamiany Fe3+ w Fe2+ w liściach herbaty, zimokwiatu wczesnego i innych roślin.
Nasza praca pozwala zrozumieć, skąd się bierze Fe2+ w glebie oraz w jaki sposób – za pomocą opadłych liści – dochodzi do zamiany Fe3+ w Fe2+. To bardzo wydajny proces, dodaje Shanshang Liang.
Naukowcy zauważyli też, że wydajność całego procesu oraz równowaga pomiędzy jonami Fe2+ a Fe3+ mogą silnie zależeć od temperatury otoczenia. Dlatego też planują przeprowadzić badania w tym kierunku. Stwierdzili też, że kwasowość gleby ma istotny wpływ na wchłanianie Fe2+ przez rośliny. Jesteśmy też zainteresowani tym, w jaki sposób opadłe liście poprawiają jakość gleby. To może doprowadzić do opracowania nowych strategii produkcji rolnej, stwierdzają naukowcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Materiały stosowane w biomedycynie muszą cechować się kontrolowaną biodegradowalnością, odpowiednią wytrzymałością i całkowitym brakiem toksyczności dla ludzkiego organizmu. Poszukiwanie takich materiałów nie jest więc prostym zadaniem. W tym kontekście naukowcy od dłuższego czasu interesują się magnezem. Wykorzystując między innymi spektroskopię anihilacji pozytonów, badaczom udało się wykazać, że magnez poddany powierzchniowej obróbce mechaniczno-ściernej uzyskuje niezbędne dla materiału biokompatybilnego właściwości.
W ostatnim czasie coraz większe zainteresowanie zyskują materiały korodujące w sposób kontrolowany. W szczególności dotyczy to biomedycyny, gdzie stosuje się implanty wykonane z polimerów naturalnych lub syntetycznych. Ich zaletą jest łatwość dostosowania szybkości rozkładu w warunkach fizjologicznych. Z drugiej strony, właściwości mechaniczne tych materiałów ulegają pogorszeniu w środowisku organizmu ludzkiego, przez co nie nadają się do zastosowań narażonych na duże obciążenia. Z tego powodu dobrym rozwiązaniem wydają się implanty metaliczne, stworzone na bazie całkowicie nieszkodliwego dla ludzkiego organizmu magnezu.
Ze względu na swoje właściwości mechaniczne, termiczne i elektryczne oraz biodegradowalność, a także kontrolowane tempo korozji, magnez wzbudza duże zainteresowanie badaczy zajmujących się biokompatybilnymi implantami. Pomimo tych zalet, zastosowanie magnezu jako biomateriału używanego przy produkcji implantów okazało się niełatwe ze względu na stosunkowo wysoką szybkość korozji w środowisku ludzkiego ciała. Problem ten da się jednak pokonać, stosując odpowiednie powłoki.
W trakcie wieloletnich badań zauważono, że rozdrobnienie mikrostruktury materiałów nie tylko poprawia ich właściwości mechaniczne, ale może także wyraźnie zwiększyć odporność korozyjną. Dlatego międzynarodowy zespół naukowy, kierowany przez dr hab. Ewę Dryzek z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, postawił sobie za cel ilościowe zbadanie wpływu powierzchniowej obróbki mechaniczno-ściernej SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) komercyjnego magnezu na jego odporność korozyjną. W tej metodzie duża liczba twardych kulek o średnicy kilku milimetrów uderza w powierzchnię obrabianego materiału, powodując odkształcenie plastyczne warstwy przypowierzchniowej lub warstwy leżącej tuż pod nią. Odkształceniu plastycznemu towarzyszy wytworzenie dużej liczby defektów sieci krystalicznej.
Do scharakteryzowania mikrostruktury zastosowano typowe techniki badawcze, np. mikroskopię świetlną i elektronową, dyfrakcję promieni rentgenowskich oraz elektronów rozproszonych wstecznie, a także pomiary mikrotwardości.
Badania mikroskopowe ujawniły stopniowo zmieniającą się mikrostrukturę warstwy wierzchniej materiału powstałej podczas obróbki SMAT. Zaobserwowaliśmy znaczne rozdrobnienie ziaren w pobliżu obrobionej powierzchni. Głębiej widoczne były bliźniaki odkształcenia, których gęstość malała wraz ze wzrostem odległości od tej powierzchni – wyjaśnia dr hab. Dryzek.
W ramach opisywanych prac po raz pierwszy użyto również spektroskopii anihilacji pozytonów PAS (Positron Annihilation Spectroscopy). Technika ta jest metodą nieniszczącą i pozwala na identyfikację defektów sieci krystalicznej na poziomie atomowym. Polega ona na tym, że gdy pozytony trafiające do próbki materiału napotykają swoje antycząstki – elektrony – anihilują i zamieniają się w fotony, które można rejestrować. Pozyton, który na swojej drodze znajdzie puste miejsce w sieci krystalicznej, może zostać schwytany, co wydłuża czas do momentu jego anihilacji. Pomiar czasu życia pozytonów daje badaczom obraz struktury próbki na poziomie atomowym.
Celem zastosowania tej metody było, między innymi, uzyskanie informacji na temat rozkładu defektów sieci krystalicznej w warstwie powierzchniowej powstałej w wyniku obróbki SMAT, a także badanie warstwy materiału o grubości rzędu kilku mikrometrów, leżącej tuż pod obrobioną powierzchnią oraz powiązanie uzyskanych informacji z własnościami korozyjnymi. Jest to o tyle ważne, że defekty sieci krystalicznej determinują kluczowe właściwości materiałów. Z tego względu procedura ta znajduje również zastosowanie w metalurgii i technologiach półprzewodnikowych.
Średni czas życia pozytonów w warstwie o grubości 200 mikrometrów, uzyskanej w wyniku trwającej 120 sekund obróbki SMAT, wykazuje wysoką stałą wartość 244 pikosekund. Oznacza to, że wszystkie emitowane ze źródła pozytony docierające do tej warstwy anihilują w defektach struktury, którymi są wakancje – czyli braki atomów w węzłach sieci krystalicznej – związane z dyslokacjami. Warstwa ta odpowiada silnie odkształconemu obszarowi z rozdrobnionymi ziarnami. Głębiej średni czas życia pozytonów maleje, co wskazuje na zmniejszającą się koncentrację defektów, osiągając w odległości około 1 milimetra od powierzchni wartość charakterystyczną dla dobrze wygrzanego magnezu o stosunkowo małej gęstości defektów struktury, który stanowił materiał porównawczy – opisuje szczegóły prac doktorant Konrad Skowron, główny autor artykułu i pomysłodawca badań.
Proces SMAT w istotny sposób wpłynął także na zachowanie próbek magnezu podczas elektrochemicznych testów korozyjnych. Zmiany struktury wywołane przez SMAT zwiększyły podatność magnezu na utlenianie anodowe, intensyfikując tworzenie się powłoki wodorotlenkowej na powierzchni oraz w konsekwencji prowadząc do lepszej odporności na korozję. Potwierdzają to dane uzyskane dzięki użyciu wiązki pozytonów w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej. Wyniki pokazują, że oprócz granic ziaren i podziaren obecnych na powierzchni, także inne defekty krystaliczne, takie jak dyslokacje i wakancje, mogą odgrywać istotną rolę w zachowaniu korozyjnym magnezu.
Obecnie prowadzimy analogiczne badania dla tytanu. Tytan jest metalem szeroko stosowanym w lotnictwie, motoryzacji, energetyce i przemyśle chemicznym. Służy również jako materiał do produkcji urządzeń i implantów biomedycznych. Ekonomicznie akceptowalna metoda, umożliwiająca uzyskanie czystego tytanu o mikrostrukturze gradientowej z ziarnem o wielkości nanometrycznej w warstwach przylegających do powierzchni, może otworzyć szersze perspektywy zastosowania tytanu w wyrobach ważnych dla gospodarki i dla poprawy komfortu życia człowieka – mówi dr hab. Dryzek.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowy, na czele którego stali specjaliści z University of Edinburgh, zidentyfikował geny powiązane ze starzeniem się i wyjaśnia, dlaczego proces starzenia się przebiega tak różnie u różnych ludzi. Wyniki badań sugerują, że utrzymywanie odpowiedniego poziomu żelaza we krwi pomaga starzeć się lepiej i żyć dłużej.
Naukowcy oparli swoje badania na na analizie danych genetycznych ponad miliona osób. Jesteśmy bardzo podekscytowani tymi wynikami. Mamy tutaj silną sugestię, że zbyt wysoki poziom żelaza we krwi zmniejsza liczbę zdrowo przeżytych lat oraz że utrzymywanie odpowiedniego poziomu żelaza pozwala kontrolować proces starzenia się. Sądzimy, że nasze odkrycia dotyczące metabolizmu żelaza pozwoli wyjaśnić, dlaczego spożywanie bogatego w żelazo czerwone mięso wiąże się z różnymi schorzeniami wieku starszego, jak na przykład z chorobami serca, mówi główny badać doktor Paul Timmers.
Wraz z wiekiem nasz organizm powoli traci zdolność do homeostazy, czyli utrzymywania równowagi pomiędzy poszczególnymi parametrami. Brak tej równowagi jest przyczyną wielu chorób, a w końcu śmierci. Jednak przebieg procesu starzenia się jest bardzo różny u różnych ludzi. U niektórych pojawiają się poważne chroniczne schorzenia już w dość młodym wieku i ludzie ci szybko umierają, inni z kolei żyją w zdrowiu przez bardzo długi czas i do końca swoich dni są w dobrej kondycji.
Autorzy najnowszych badań przyjrzeli się genom i odkryli dziesięć regionów odpowiedzialnych za długość życia, długość życia w zdrowiu oraz długość życia w idealnych warunkach. Naukowcy zauważyli, że istnieje silna korelacja pomiędzy tymi trzema czynnikami, a poziomem żelaza we krwi. Badania statystyczne przeprowadzone metodą randomizacji Mendla potwierdziły, że poziom żelaza ma najbardziej istotny wpływ na długość życia w zdrowiu.
Na poziom żelaza we krwi wpływ ma nasza dieta. Zbyt wysoki lub zbyt niski jego poziom jest powiązany z chorobami wątroby, chorobą Parkinsona, a w starszym wieku wiąże się z obniżeniem zdolności organizmu do zwalczania infekcji. "Możliwości syntezy hemu spadają wraz z wiekiem. Jego niedobory prowadzą do akumulacji żelaza, stresu oksydacyjnego i dysfunkcji mitochondriów.
Akumulacja żelaza pomaga patogenom w podtrzymaniu infekcji, co jest zgodne z obserwowaną u osób starszych podatnością na infekcje. Z kolei nieprawidłowa homeostaza żelaza w mózgu wiąże się z chorobami neurodegeneracyjnymi, jak choroba Alzheimera, Parkinsona czy stwardnienie rozsiane, piszą autorzy badań.
Naukowcy zastrzegają, że kwestie te wymagają dalszych badań, ale już przewidują, że ich odkrycie może doprowadzić do opracowania leków, które zmniejszą niekorzystny wpływ starzenia się na zdrowie, wydłużą nie tylko ludzkie życie, ale też okres życia w zdrowiu.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.