Bakterie lepsze od tam-tamów
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez 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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowy stworzył wielką bazę danych wszystkich znanych genomów bakteryjnych obecnych w mikrobiomie ludzkich jelit. Baza umożliwia specjalistom badanie związków pomiędzy genami bakterii a proteinami i śledzenie ich wpływu na ludzkie zdrowie.
Bakterie pokrywają nas z zewnątrz i od wewnątrz. Wytwarzają one proteiny, które wpływają na nasz układ trawienny, nasze zdrowie czy podatność na choroby. Bakterie są tak bardzo rozpowszechnione, że prawdopodobnie mamy na sobie więcej komórek bakterii niż komórek własnego ciała. Zrozumienie wpływu bakterii na organizm człowieka wymaga ich wyizolowania i wyhodowania w laboratorium, a następnie zsekwencjonowania ich DNA. Jednak wiele gatunków bakterii żyje w warunkach, których nie potrafimy odtworzyć w laboratoriach.
Naukowcy, chcąc zdobyć informacje na temat tych gatunków, posługują się metagenomiką. Pobierają próbkę interesującego ich środowiska, w tym przypadku ludzkiego układu pokarmowego, i sekwencjonują DNA z całej próbki. Następnie za pomocą metod obliczeniowych rekonstruują indywidualne genomy tysięcy gatunków w niej obecnych.
W ubiegłym roku trzy niezależne zespoły naukowe, w tym nasz, zrekonstruowały tysiące genomów z mikrobiomu jelit. Pojawiło się pytanie, czy zespoły te uzyskały porównywalne wyniki i czy można z nich stworzyć spójną bazę danych, mówi Rob Finn z EMBL's European Bioinformatics Institute.
Naukowcy porównali więc uzyskane wyniki i stworzyli dwie bazy danych: Unified Human Gastrointestinal Genome i Unified Gastrointestinal Protein. Znajduje się w nich 200 000 genomów i 170 milionów sekwencji protein od ponad 4600 gatunków bakterii znalezionych w ludzkim przewodzie pokarmowym.
Okazuje się, że mikrobiom jelit jest nie zwykle bogaty i bardzo zróżnicowany. Aż 70% wspomnianych gatunków bakterii nigdy nie zostało wyhodowanych w laboratorium, a ich rola w ludzkim organizmie nie jest znana. Najwięcej znalezionych gatunków należy do rzędu Comentemales, który po raz pierwszy został opisany w 2019 roku.
Tak olbrzymie zróżnicowanie Comentemales było wielkim zaskoczeniem. To pokazuje, jak mało wiemy o mikrobiomie jelitowym. Mamy nadzieję, że nasze dane pozwolą w nadchodzących latach na uzupełnienie luk w wiedzy, mówi Alexancre Almeida z EMBL-EBI.
Obie imponujące bazy danych są bezpłatnie dostępne. Ich twórcy uważają, że znacznie się one rozrosną, gdy kolejne dane będą napływały z zespołów naukowych na całym świecie. Prawdopodobnie odkryjemy znacznie więcej nieznanych gatunków bakterii, gdy pojawią się dane ze słabo reprezentowanych obszarów, takich jak Ameryka Południowa, Azja czy Afryka. Wciąż niewiele wiemy o zróżnicowaniu bakterii pomiędzy różnymi ludzkimi populacjami, mówi Almeida.
Niewykluczone, że w przyszłości katalogi będą zawierały nie tylko informacje o bakteriach żyjących w naszych jelitach, ale również na skórze czy w ustach.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Spowodowane globalnym ociepleniem zwiększenie ilości opadów może doprowadzić do paraliżu komunikacyjnego na olbrzymich obszarach. Grupa naukowców stworzyła model komputerowy, w którym połączono dane dotyczące sieci drogowych oraz ukształtowania terenu. Za jego pomocą identyfikowano krytyczne punkty, w których niewielki wzrost ilości opadów może odprowadzić do paraliżu dróg, którego konsekwencje będą odczuwane na dużych obszarach.
Aby przygotować się na zmiany klimatyczne, musimy wiedzieć, które miejsca, w razie wystąpienia powodzi czy podtopień, będą prowadziły do największych problemów komunikacyjnych. Zwykle specjaliści podczas podobnych badań skupiają się na najbardziej uczęszczanych drogach. Jednak z naszych analiz wynika, że to nie one będą problemem, mówi profesor informatyki i specjalista ds. problemów rozległych sieci Jianxi Gao z Rensselaer Polytechnic Institute. Uczony nawiązał współpracę z ekologami z Beijing Normal University oraz fizykami z Uniwersytetu w Bostonie.
Celem grupy było połączenie modeli wykorzystywanych do badania wpływu uszkodzeń dróg na transport z modelami dotyczącymi wpływu topografii terenu na powodzie i podtopienia. Tradycyjne podejście do problemów komunikacyjnych zakłada, że problemy na mniejszych drogach czy skrzyżowaniach będą miały niewielki wpływ na całą sieć połączeń. Jednak Gao stwierdził, że warto na te modele nałożyć dane o tym, jak, w zależności od topografii terenu, spływa woda po deszczu.
Uzyskane wyniki nie napawają optymizmem. Okazało się, że na przykład na Florydzie zwiększenie opadów o 30–35 milimetrów wyłączy z użytkowania 50% dróg, a z kolei w stanie Nowy Jork opady powyżej 45 milimetrów mogą odciać północno-wschodnią część tego stanu od reszty kraju. Jeśli zaś w chińskiej prowincji Hunan opady zwiększą się o 25–30 mm, to z użytku zostanie wyłączonych 42% dróg lokalnych. Wzrost opadów o 95–100 mm wyłączał zaś z użycia 48,7% dróg lokalnych w prowincji Syczuan. W skali całych Chin wzrost opadów o 160–165 mm wyłączy 17,3% sieci dróg i odetnie zachodnią część kraju.
Naukowcy postanowili zweryfikować swój model porównując jego przewidywania z rzeczywistymi problemami drogowymi w Houston i południowo-wschodnim Teksasie wywołanymi przez huragan Harvey. Okazało się, że ich model prawidłowo przewidział 90,6% przypadków zamknięcia dróg i 94,1% przypadków zalania dróg. Huragan Harvey spowodował jedne z największych w historii USA problemów z siecią drogową. Nasz model dobrze je przewidział. Dodanie informacji 3D do już wykorzystywanych modeli powoduje, że otrzymujemy niespodziewane wzorce awarii. Opracowaliśmy równania matematyczne, które pozwalają nam przewidzieć te wzorce, stwierdza Gao.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Autorzy globalnego studium zauważyli niezwykły paradoks – w miarę postępów globalnego ocieplenia zwiększa się ilość opadów, a jednocześnie zmniejszają się zasoby wody pitnej.
Badania, najszerzej na świecie zakrojone studium opadów i rzek, zostały przeprowadzone przez zespół profesora Ashisha Sharmy z australijskiego Uniwersytetu Nowej Południowej Walii. Naukowcy wykorzystali dane z 43 000 stacji monitorujących opady i 5300 stacji monitorujących rzeki w 160 krajach.
To coś, co przegapiono. Spodziewaliśmy się, że ilość opadów będzie rosła, gdyż cieplejsze powietrze może przechować więcej wilgoci. To samo przewidują tez modele klimatyczne. Nie przewidzieliśmy jednak, że w obliczu zwiększonych opadów rzeki będą wysychały, mówi Sharma.
Sądzimy, że przyczyną tego stanu rzeczy jest wysychanie gleby w zlewniach rzek. Tam, gdzie kiedyś przed opadami było wilgotno, dzięki czemu nadmiar wody z opadów spływał do rzek, jest teraz bardziej sucho. Więcej wody wsiąka w glebę, a mniej trafia do rzek. Mniej wody w rzekach oznacza mniej wody dla miast i rolnictwa. Tymczasem bardziej sucha gleba to konieczność zwiększonego nawadniania pól. Co gorsza, ten schemat obserwujemy na całym świecie, dodaje uczony.
Już w tej chwili na każde 100 kropli opadów do rzek i jezior trafia 36 kropli. To woda dostępna dla człowieka. Pozostałe 64 krople zostają zatrzymane w glebie. Im bardziej sucha gleba, tym mniej kropli spłynie do rzek i jezior.
Mniej wody trafia tam, gdzie możemy ją później wykorzystać. W tym samym czasie pojawia się więcej opadów, co przeciąża infrastrukturę kanalizacyjną w miastach, prowadząc do większej liczby podtopień, stwierdza Sharma.
Profesor Mark Hoffman chwali badania Sharmy. Zmiana klimatu wciąż dostarcza nam niemiłych zaskoczeń. Naszą rolą, jako inżynierów, jest zidentyfikowanie problemu i znalezienie rozwiązania, mówi.
Sharma i jego zespół zauważyli już wcześniej, że pomimo zwiększenia się liczby ekstremalnych opadów, nie dochodzi do zwiększenia liczby ekstremalnych powodzi. Przyczynę tego stanu rzeczy upatrują w bardziej suchej glebie oraz mniejszym zasięgu terytorialnym ekstremalnych opadów. Jednak ekstremalne powodzie to zjawiska, które są zbyt potężne, by napełnić zbiorniki przeznaczone na wodę pitną dla ludzi. Mogą być one za to napełnione przez słabsze powodzie. Problem w tym, że, zdaniem Sharmy, ogólna liczba powodzi się zmniejsza. Uczony wskazuje tutaj na wcześniejsze badania Amerykanów, którzy stwierdzili, że przy ekstremalnie dużych opadach, jeśli gleba była wilgotna przed opadami, to 62% wody opadowej składa się na powódź. Jeśli zaś gleba była wcześniej sucha, to powódź tworzy 13% wody opadowej.
To sprzeczne z tym, co czytamy w raportach IPCC, w których przewiduje się rosnącą liczbę powodzi. Jednocześnie jednak wskazuje nam to na potencjalnie groźny scenariusz. Niewielkie powodzie są bardzo ważne, gdyż napełniają zbiorniki, z których czerpiemy wodę. Jednak powodzi jest coraz mniej, bo gleba wchłania wodę. Nawet jeśli pojawi się naprawdę duży deszcz, to gleby są tak suche, że pochłaniają więcej wody niż wcześniej. Mniej więc trafia tam, skąd możemy ją czerpać, wyjaśnia Sharma. Dotychczas wszyscy mieli obsesję na punkcie powodzi i nie zwracali uwagę na znacznie ważniejszy element równania, wodę trafiającą do zbiorników, dodaje.
Zdaniem Sharmy, mamy dwa wyjścia. Możemy poczekać, aż ludzie zmniejszą emisję gazów cieplarnianych i klimat się ochłodzi, co jednak zajmie dużo czasu. Możemy też przebudować infrastrukturę przechowującą i dostarczającą wodę, dostosować systemy kanalizacyjne w miastach i przenieść uprawy wymagające dużych ilości wody w tereny, gdzie ta woda będzie.
Konieczne będą prace inżynieryjne na masową skalę. Jednak jest to możliwe. W miejscach takich jak Arizona czy Kalifornia roczne opady wynoszą zaledwie około 400 milimetrów, a mimo to, dzięki odpowiedniej infrastrukturze, zamieniono niegościnne tereny w miejsca, gdzie żyje olbrzymia liczba ludzi. Popatrzmy chociażby na infrastrukturę w australijskich Snowy Mountains. Składa się ona z szesnastu głównych zapór, siedmiu elektrowni wodnych, stacji pomp i 225 kilometrów tuneli. Woda z topniejącego śniegu jest wykorzystywana tam zarówno do generowania energii jak i do nawadniania pól.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.