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

Cegły regenerujące się z połówki? Z żyjącym materiałem z Kolorado to możliwe

Recommended Posts

W budownictwie od dawna wykorzystuje się materiały pochodzenia biologicznego, np. drewno. Gdy się ich używa, nie są już jednak żywe. A gdyby tak stworzyć żyjący budulec, który jest w stanie się rozrastać, a przy okazji ma mniejszy ślad węglowy? Naukowcy nie poprzestali na zadawaniu pytań i zabrali się do pracy, dzięki czemu uzyskali beton i cegły z bakteriami.

Zespół z Uniwersytetu Kolorado w Boulder podkreśla, że skoro udało się utrzymać przy życiu pewną część bakterii, żyjące, i to dosłownie, budynki nie są wcale tylko i wyłącznie pieśnią przyszłości.

Pewnego dnia takie struktury będą mogły, na przykład, same zasklepiać pęknięcia, usuwać z powietrza niebezpieczne toksyny, a nawet świecić w wybranym czasie.

Na razie technologia znajduje się w powijakach, ale niewykluczone, że kiedyś żyjące materiały poprawią wydajność i ekologiczność produkcji materiałów budowlanych, a także pozwolą im wyczuwać i wchodzić w interakcje ze środowiskiem - podkreśla Chelsea Heveran.

Jak dodaje Wil Srubar, obecnie wytworzenie cementu i betonu do konstruowania dróg, mostów, drapaczy chmur itp. generuje blisko 6% rocznej światowej emisji dwutlenku węgla.

Wg Srubara, rozwiązaniem jest "zatrudnienie" bakterii. Amerykanie eksperymentowali z sinicami z rodzaju Synechococcus. W odpowiednich warunkach pochłaniają one CO2, który wspomaga ich wzrost, i wytwarzają węglan wapnia (CaCO3).

Naukowcy wyjaśnili, w jaki sposób uzyskali LBMs (od ang. living building material, czyli żyjący materiał), na łamach pisma Matter. Na początku szczepili piasek żelatyną, pożywkami oraz bakteriami Synechococcus sp. PCC 7002. Wybrali właśnie żelatynę, bo temperatura jej topnienia i przejścia żelu w zol wynosi ok. 37°C, co oznacza, że jest kompatybilna z temperaturami, w jakich sinice mogą przeżyć. Poza tym, schnąc, żelatynowe rusztowania wzmacniają się na drodze sieciowania fizycznego. LBM trzeba schłodzić, by mogła się wytworzyć trójwymiarowa hydrożelowa sieć, wzmocniona biogenicznym CaCO3.

Przypomina to nieco robienie chrupiących ryżowych słodyczy, gdy pianki marshmallow usztywnia się, dodając twarde drobinki.

Akademicy stworzyli łuki, kostki o wymiarach 50x50x50 mm, które były w stanie utrzymać ciężar dorosłej osoby, i cegły wielkości pudełka po butach. Wszystkie były na początku zielone (sinice to fotosyntetyzujące bakterie), ale stopniowo brązowiały w miarę wysychania.

Ich plusem, poza wspomnianym wcześniej wychwytem CO2, jest zdolność do regeneracji. Kiedy przetniemy cegłę na pół i uzupełnimy składniki odżywcze, piasek, żelatynę oraz ciepłą wodę, bakterie z oryginalnej części wrosną w dodany materiał. W ten sposób z każdej połówki odrośnie cała cegła.

Wyliczenia pokazały, że w przypadku cegieł po 30 dniach żywotność zachowało 9-14% kolonii bakteryjnych. Gdy bakterie dodawano do betonu, by uzyskać samonaprawiające się materiały, wskaźnik przeżywalności wynosił poniżej 1%.

Wiemy, że bakterie rosną w tempie wykładniczym. To coś innego niż, na przykład, drukowanie bloku w 3D lub formowanie cegły. Gdybyśmy mogli uzyskiwać nasze materiały [budowlane] na drodze biologicznej, również bylibyśmy w stanie produkować je w skali wykładniczej.

Kolejnym krokiem ekipy jest analiza potencjalnych zastosowań platformy materiałowej. Można by dodawać bakterie o różnych właściwościach i uzyskiwać nowe materiały z funkcjami biologicznymi, np. wyczuwające i reagujące na toksyny w powietrzu.

Budowanie w miejscach, gdzie zasoby są mocno ograniczone, np. na pustyni czy nawet na innej planecie, np. na Marsie? Czemu nie. W surowych środowiskach LBM będą się sprawować szczególnie dobrze, ponieważ do wzrostu wykorzystują światło słoneczne i potrzebują bardzo mało materiałów egzogennych. [...] Na Marsa nie zabierzemy ze sobą worka cementu. Kiedy wreszcie się tam wyprawimy, myślę, że naprawdę postawimy na biologię.

Badania sfinansowała DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych).


« powrót do artykułu

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
      Analiza 3 butów, które mogły należeć do Michała Anioła, pokazała, że renesansowy artysta nie był zbyt wysoki. Wg naukowców, miał ok. 1,6 m wzrostu. Wyniki uzyskane przez parę badaczy z Forensic Anthropology, Paleopathology, and Bioarchaeology Research Center (FAPAB) ukazały się właśnie w piśmie Anthropologie.
      Elena Varotto, która zajmuje się antropologią sądową i paleopatolog Francesco Galassi zajęli się parą skórzanych butów i pojedynczym klapkiem (drugi, lewy, został skradziony 14 stycznia 1873 r.) z muzeum Casa Bunarroti we Florencji. Obuwie znaleziono w domu mistrza po jego śmierci. Buty miały zbliżony rozmiar, co sugeruje, że nosiła je ta sama osoba. Para uczonych zastosowała wzory, dzięki którym można było oszacować wzrost na podstawie wymiarów stopy (Uhrová et al.). Średnia ze wszystkich wyników dała 160,3 cm.
      Choć dziś artysta nie uchodziłby za zbyt wysokiego, w XV-XVI w. jego wzrost nie odbiegałby od normy (taki wynik pasuje do średniej dla okresu od średniowiecza po renesans). Oszacowania autorów publikacji pasowałyby też do opisu Michała Anioła z "Żywotów najsławniejszych malarzy, rzeźbiarzy i architektów" Giorgia Vasariego (pierwsze wydanie tego dzieła ukazało się w 1550 r.; prace nad 2. edycją książki Vasari zaczął dzień po pogrzebie Michała Anioła w 1564 r.). Historiograf sztuki stwierdził tam, że Michał Anioł był przeciętnego wzrostu (Fu di statura mediocre).
      Buty były tradycyjnie uznawane za należące do Michała Anioła. Jak zauważają Galassi i Varotto, ich styl odpowiada okresowi, w jakim żył mistrz. Ze względu na zastrzeżenia natury konserwatorskiej, nigdy nie przeprowadzono ich datowania radiowęglowego, dlatego nie można wyciągać ostatecznych wniosków odnośnie do ich autentyczności i trzeba wziąć pod uwagę możliwość, że np. należały do innego członka rodziny.
      Naukowcy podkreślają, że wysunięto kilka hipotez odnośnie do stanu zdrowia Michała Anioła; wspominano m.in. o wolu czy zatruciu ołowiem. [...] Sugerowano także, że w ostatnich latach przed śmiercią, wskutek ciężkiego i długiego życia, jego dłonie były naznaczone przewlekłym zapaleniem stawów. Propozycje te są spójne z paleopatograficznymi diagnozami, stawianymi w oparciu o źródła pośrednie, np. portrety artysty czy jego własne zapiski. Dotąd jednak nikt nie wziął pod uwagę bezpośrednich śladów biologicznych pozostawionych przez samego Michała Anioła.
      Warto dodać, że szczątków Michała Anioła nigdy nie ekshumowano (artystę pochowano w kościele Santa Croce we Florencji) i choćby z powodów etycznych nie będzie to możliwe w najbliższej przyszłości. Możność zidentyfikowania niektórych biologicznych śladów pozostawionych przez wielkiego artystę - tak jak w przypadku prowadzonego przez nas badania odcisków palców - pozwoli jednak zdobyć więcej informacji nt. biologicznego wymiaru tego geniusza [...].
      Jak pamiętamy, niedawno pracownicy Victoria and Albert Museum poinformowali o znalezieniu prawdopodobnego odcisku palca Michała Anioła. Odcisk zauważono na woskowym modelu, którego autorstwo jest przypisywane wielkiemu artyście. Konserwatorzy mówią, że stał się on widoczny dzięki zmianom temperatury i wilgotności w miejscu przechowywania dzieła.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Worcester Polytechnic Institute (WPI) wykorzystali enzym obecny w czerwonych ciałkach krwi do stworzenia samonaprawiającego się betonu, który jest czterokrotnie bardziej wytrzymały niż tradycyjny beton. Ich osiągnięcie nie tylko wydłuży żywotność betonowej infrastruktury, ale pozwoli też na uniknięcie kosztownych napraw.
      Wykorzystany enzym reaguje na obecność dwutlenku węgla, tworząc wraz z nim kryształy węglanu wapnia, naśladujące strukturę, wytrzymałość i inne właściwości betonu. Pojawiające się pęknięcia są więc samoistnie łatane, struktura ulega więc naprawie, zanim pojawią się większe problemy.
      Jeśli niewielkie pęknięcia betonu są automatycznie naprawiane w miejscu pojawienia się, nie dojdzie do ich powiększenia się i pojawienia się problemów, które będą wymagały naprawy lub wymiany konstrukcji. Brzmi to jak z powieści science-fiction, jednak to prawdziwe rozwiązanie poważnego problemu budowlanego, mówi profesor Nima Rahbar, główny autor artykułu opublikowanego na łamach Applied Materials Today.
      Rahbar i jego zespół wykorzystali enzymy z grupy anhydraz węglanowych (CA), które odpowiadają za szybki transport dwutlenku węgla z komórek do krwi. CA został dodany do cementu. Działa on jak katalizator, który w połączeniu z CO2 tworzy kryształy węglanu wapnia. Ich struktura jest podobna do struktury betonu. Gdy w betonie pojawiają się pęknięcia, dochodzi do kontaktu enzymu z atmosferycznym CO2 i wypełniania pęknięcia.
      Szukaliśmy naturalnego składnika, który powoduje najszybszy transfer CO2 i okazał się nim enzym CA. Enzymy w naszych organizmach reagują niezwykle szybko, mogą więc być używane do naprawy i wzmacniania struktur betonowych, mówi Rahbar. Nowy beton w ciągu 24 godzin naprawia pęknięcia w skali milimetrów. To dziesiątki razy szybciej niż inne proponowane rozwiązania tego typu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Japońscy naukowcy odkryli, że dwa gatunki ślimaków morskich - Elysia cf. marginata i Elysia atroviridis - potrafią odrzucić i zregenerować całe ciało, wraz z sercem i innymi narządami wewnętrznymi. Badacze sugerują, że zwierzęta te są w stanie przetrwać tak skrajną formę autotomii dzięki fotosyntezie przeprowadzanej przez chloroplasty przejęte od zjadanych glonów.
      Byliśmy zaskoczeni, widząc głowę poruszającą się tuż po autotomii. Myśleliśmy, że bez serca i innych ważnych narządów wkrótce obumrze, ale ku naszemu ponownemu zaskoczeniu doszło do regeneracji całego ciała - opowiada Sayaka Mitoh z Nara Women's University.
      Do odkrycia doszło przez przypadek. Sayaka Mitoh jest doktorantką w laboratorium Yoichi Yusy. Co ważne, w laboratorium tym hoduje się ślimaki. Pewnego dnia w 2018 r. Mitoh zobaczyła głowę Elysia cf. marginata przemieszczającą się bez reszty ciała.
      W artykule z pisma Current Biology Mitoh i Yusa ujawnili, że oddzielona od serca i ciała głowa przemieszczała się samodzielnie tuż pod autotomii. Na przestrzeni dni rana z tyłu głowy się zamykała. W ciągu paru godzin głowa stosunkowo młodych ślimaków zaczynała żerować na glonach. Regeneracja serca zachodziła w ciągu tygodnia. Po 3 tygodniach regeneracja była zakończona. Jeden z osobników zrobił coś takiego 2-krotnie.
      Pięć z 15 wyhodowanych w laboratorium młodych Elysia cf. marginata wykonało skrajną autotomię 226-336 dni po wylęgu z jaj. Podobne zjawisko zaobserwowano u 3 z 82 E. atroviridis; spośród nich 2 osobniki zregenerowały ciała w ciągu tygodnia.
      Mitoh i Yusa nie są pewni, jak ślimaki morskie tego dokonują. Mitoh podejrzewa, że mogą za to odpowiadać komórki podobne do macierzystych. Po co ślimakom tak skrajna postać autotomii? To również nie jest jasne, ale niewykluczone, że pomaga im to w pozbyciu się wewnętrznych pasożytów, które hamują ich rozmnażanie. W ramach przyszłych badań naukowcy chcą sprawdzić, jakie wskazówki uruchamiają autotomię całego ciała i prześledzić mechanizmy leżące u podłoża opisanego zjawiska na poziomie tkankowym i komórkowym.
      Oddzielone od reszty ciała głowy starszych osobników (wyklutych z jaj 480-520 dni wcześniej) nie żerowały i obumierały w ciągu ok. 10 dni; Japończycy podejrzewają, że u bardzo starych osobników korzyści z takiej autotomii byłyby znikome, ponieważ prawdopodobnie nie mogą się one już rozmnażać. Jeśli jednak rzeczywiście chodzi o pozbycie się endopasożytów, niekiedy takie ryzyko może się opłacać. Stare osobniki i tak już długo nie pożyją, [więc jeśli zginą, nie stanie się nic niespodziewanego czy odległego w czasie], a istnieje szansa, że [jakimś cudem] uda się przeżyć i zregenerować ciało bez pasożytów.
      I w przypadku młodych, i starych osobników odrzucone ciała nie odtwarzały głowy, ale także się poruszały i reagowały na dotyk przez kilka dni, a nawet miesięcy.
      Elysia cf. marginata i E. atroviridis uzyskują chloroplasty ze zjadanych glonów; zjawisko to jest nazywane kleptoplastią. Dzięki temu ślimaki mogą wykorzystywać możliwości związane z fotosyntezą. Ta zdolność pozwala im przeżyć po autotomii wystarczająco długo, by zregenerować ciało.
      Sądzimy, że to najbardziej ekstremalna forma autotomii i regeneracji w naturze - podsumowuje Mitoh.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W 2010 roku japońska ekspedycja naukowa wybrała się do Wiru Południowopacyficznego (South Pacyfic Gyre). Pod nim znajduje się jedna z najbardziej pozbawionych życia pustyń na Ziemi. W pobliżu centrum SPG znajduje się oceaniczny biegun niedostępności. A często najbliżej znajdującymi się ludźmi są... astronauci z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Tutejsze wody są tak pozbawione życie, że 1 metr osadów tworzy się tutaj przez milion lat.
      Centrum SPG jest niemal nieruchome, jednak wokół niego krążą prądy oceaniczne, przez które do centrum dociera niewiele składników odżywczych. Niewiele więc tutaj organizmów żywych.
      Japońscy naukowcy pobrali z dna, znajdującego się 6000 metrów pod powierzchnią, rdzeń o długości 100 metrów. Mieli więc w nim osady, które gromadziły się przez 100 milionów lat.
      Niedawno poinformowali o wynikach badań rdzenia. Tak, jak się spodziewali, znaleźli w osadach bakterie, było ich jednak niewiele, od 100 do 3000 na centymetr sześcienny osadów. Później jednak nastąpiło coś, czego się nie spodziewali. Po podaniu pożywienia bakterie ożyły.
      Ożyły i zaczęły robić to, co zwykle robią bakterie, mnożyć się. Dwukrotnie zwiększały swoją liczbę co mniej więcej 5 dni. Powoli, gdyż np. bakterie E.coli dwukrotnie zwiększają w laboratorium swoją liczbę co około 20 minut). Jednak wystarczyło to, by po 68 dniach bakterii było 10 000 razy więcej niż pierwotnie.
      Weźmy przy tym pod uwagę, że mówimy o bakteriach sprzed 100 milionów lat. O mikroorganizmach, które żyły, gdy planeta była opanowana przez dinozaury. Minęły cztery ery geologiczne, a one – chronione przed promieniowaniem kosmicznym i innymi wpływami środowiska przez kilometry wody – czekały w uśpieniu.
      Jeśli teraz uświadomimy sobie, że 70% powierzchni planety jest pokryte osadami morskimi, możemy przypuszczać, że znajduje się w nich wiele nieznanych nam, uśpionych mikroorganizmów sprzed milionów lat.
      Kolejną niespodzianką był fakt, że znalezione przez Japończyków bakterie korzystają z tlenu. Osady, z których je wyodrębniono, są pełne tlenu. Problemem w SPG nie jest zatem dostępność tlenu, a pożywienia.
      To jednak nie koniec zaskoczeń. Okazało się, że wydobyte z osadów bakterie nie tworzą przetrwalników (endosporów). Bakterie przetrwały w inny sposób. Jeszcze większą niespodzianką było znalezienie w jednej z próbek dobrze funkcjonującej populacji cyjanobakterii z rodzaju Chroococcidiopsis. To bakterie potrzebujące światłą, więc zagadką jest, jak przetrwały 13 milionów lat w morskich osadach na głębokości 6000 metrów. Z drugiej strony wiemy, że jest niektórzy przedstawiciele tego rodzaju są wyjątkowo odporni. Tak odporny, że niektórzy mówią o wykorzystaniu ich do terraformowania Marsa.
      Biorąc uwagę niewielkie przestrzenie z powietrzem wewnątrz osadów, brak endosporów i szybkie ożywienie, naukowcy przypuszczają, że bakterie pozostały żywe przez 100 milionów lat, jednak znacząco spowolniły swój cykl życiowy. To zaś może oznaczać, że... są nieśmiertelne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chłopcy, którym w ciągu dwóch tygodni po narodzeniu podano antybiotyki, z większym prawdopodobieństwem będą znacznie niżsi i lżejsi niż ich rówieśnicy. Efektu takiego nie zaobserwowano u dziewczynek. Takie wnioski płyną z badań, które przeprowadził Samuli Rautava i jego koledzy z Uniwersytetu w Helsinkach. Finowie postanowili zbadać długoterminowe skutki podawania antybiotyków dzieciom, które nie ukończyły 2. tygodnia życia.
      Na potrzeby swoich badań naukowcy przyjrzeli się 12 422 dzieciom od momentu urodzenia się do wieku 6 lat. Wszystkie dzieci urodziły się w latach 2008–2010 w Szpitalu Uniwersyteckiego w Turku. Wśród badanych było 1151 dzieci, którym w ciągu pierwszych 14 dni życia podano antybiotyki, gdyż lekarze podejrzewali u nich infekcję bakteryjną.
      Analiza wykazała, że dzieci, którym tak wcześnie podano antybiotyki z większym prawdopodobieństwem są w pierwszych sześciu latach życia znacznie niższe i lżejsze niż ich rówieśnicy, którzy antybiotyków nie dostali. Zjawisko takie zaobserwowano wyłącznie w odniesieniu do chłopców. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że podanie antybiotyków w pierwszych dniach życia niesie ze sobą długoterminowe skutki, mówi Rautava.
      Naukowcy podejrzewają, że antybiotyki powodują długoterminowe zmiany mikrobiomu jelit, co skutkuje niższym wzrostem. Jak mówi współautor badań, Omry Koren z Uniwersytetu Bar-Ilan w Izraelu, mikrobiom jelit to „zapomniany organ”. Pomaga on w trawieniu, bierze udział w rozwoju układu odpornościowego, chroni nas przed szkodliwymi bakteriami. Dopiero zaczynamy poznawać olbrzymią rolę, jaką mikrobiom ten odgrywa w naszym życiu. Gdy używamy antybiotyków, by zabijać bakterie chorobotwórcze, zabijamy też korzystne bakterie, mówi Rautava.
      Naukowcy, by sprawdzić, czy mniejsze wzrost i waga chłopców są spowodowana podawaniem antybiotyków, podali myszom mikroorganizmy z kału dzieci, którym podawano i nie podawano antybiotyków. Okazało się, że samce myszy – ale już nie samice – były mniejsze i lżejsze, gdy na początku życia zetknęły się z mikroorganizmami od dzieci, którym podano antybiotyki.
      Naukowcy wciąż nie wiedzą, dlaczego problem dotyczy tylko chłopców. BartinBlaser z Rutgers University spekuluje, że przyczyną mogą być różnice w ekspresji genów w jelitach. Różnice takie ujawniają się między płciami już 2 dni po urodzeniu.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...