Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Magnetyczne czułki
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Mrówki Solenopsis richteri posługują się piaskiem jak narzędziem, by pozyskać ciekły pokarm (roztwór cukru), nie tonąc w nim. Autorzy artykułu z pisma Functional Ecology podkreślają, że to pokazuje, że dostosowują strategię korzystania z narzędzi do ryzyka związanego z żerowaniem.
S. richteri pochodzą z Ameryki Południowej. Po introdukcji do południowych USA są tu uznawane za gatunek inwazyjny.
Gdy mrówkom zapewniono niewielkie pojemniczki z roztworem cukru, dzięki hydrofobowemu egzoszkieletowi były w stanie unosić się na powierzchni i żerować. Gdy jednak naukowcy zmniejszyli napięcie powierzchniowe, S. richteri zaczęły przenosić piasek, by spuścić ciecz z naczynia.
Odkryliśmy, że mrówki budują strukturę z piasku, która skutecznie wyciąga ciecz z pojemnika, tak aby później można ją było zebrać - opowiada dr Aiming Zhou z Huazhong Agricultural University. Ta niesamowita umiejętność nie tylko zmniejszała ryzyko utonięcia, ale i zapewniała większą powierzchnię do zbierania roztworu.
Okazało się, że struktury z piasku były tak skuteczne, że w ciągu 5 minut mogły wyciągać z pojemniczków niemal połowę cieczy.
Naukowcy zmieniali napięcie powierzchniowe za pomocą surfaktantu. Gdy jego stężenie wynosiło ponad 0,05%, co przekładało się na znaczące ryzyko utonięcia, mrówki budowały struktury z piasku. Nie tworzyły ich, żerując na czystym roztworze cukru. Podczas eksperymentów owadom dostarczano piasek o różnej wielkości ziaren; w ten sposób można było określić ich preferencje budowlane w takiej sytuacji.
Wiemy, że niektóre gatunki mrówek są w stanie posługiwać się narzędziami, szczególnie przy zbieraniu ciekłego pokarmu. Byliśmy jednak zaskoczeni niesamowitymi umiejętnościami S. richteri w tym zakresie - dodaje dr Jian Chen, entomolog z amerykańskiego Departamentu Rolnictwa.
Dr Zhu podkreśla, że konieczne są dalsze badania. Nasze eksperymenty były prowadzone w laboratorium i dotyczyły wyłącznie S. richteri. Kolejnym krokiem powinno być ustalenie, jak bardzo zachowanie to jest rozpowszechnione u innych gatunków mrówek.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W gniazdach brazylijskich mrówek z plemienia Attini zidentyfikowano związek przeciwgrzybiczy, który może znaleźć praktyczne zastosowanie w medycynie. Od dawna wiadomo, że Attini hodują grzyby, którymi się pożywiają. Bakterie Psuedonocardia i Streptomyces wytwarzają zaś metabolity, które chronią mrówcze uprawy przed patogenami. Jednak dotychczasowe badania pokazywały, że mimo iż mrówki na różnych obszarach mają wspólnego przodka, to metabolity bakterii miały różną strukturę.
Teraz na łamach ACS Central Science czytamy, że udało się zidentyfikować pierwszy związek przeciwgrzybiczny, który występuje w gniazdach mrówek w różnych lokalizacjach na terenie Brazylii i który można zastosować w medycynie.
Opisaliśmy strukturę attinimycyny, jej geny oraz jej ewolucyjne związki z oksaheliną A (oxachelin A) oraz cahuitamycyną A (cahuitamycin A). To trzy nierybosomalne peptydy, będące strukturalnymi izomerami o różnej sekwencji peptydowej, stwierdzają autorzy badań.
Attinimycyna wykazuje żelazozależną aktywność przeciwgrzybiczą skierowaną przeciwko grzybiczym patogenom, ale nie przeciwko grzybom uprawianym przez mrówki. W badaniach in vivo wykazała ona silne działanie przeciwko mysiemu modelowi infekcji Candida albicans. Siła oddziaływania attinimycyny jest porównywalna do azoli przeciwgrzybiczych. Wykrycie attinimycyny zarówno w gniazdach mrówek jak i na ciele robotnic to dowód na rolę, jaką odgrywa attinimycyna w ochronie upraw grzybów przed patogenami, mówią naukowcy z Uniwersytetu w São Paulo.
Bliższe badania pokazały, że attinimycyna wytwarzana jest przez niemal 2/3 szczepów Pseudonocardia. Jako, że siła działania nowego związku jest porównywalna do azoli (np. ketokonazol, mikonazol czy flukonazol), uczeni mają nadzieję, że przyda się on w praktyce klinicznej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Mrówki hamują co najmniej 14 chorób roślinnych. Jest to możliwe, bo uwalniają z gruczołów szereg antybiotyków. Na ich odnóżach i innych częściach ciała znajdują się też kolonie bakterii wydzielających antybiotyki. Naukowcy z Uniwersytetu w Aarhus mają nadzieję, że dzięki temu uda się opracować pestycydy, które pomogą zwalczać oporne choroby roślin.
Autorzy artykułu z pisma Oikos podkreślają, że mrówki utrzymują w koloniach bliskie kontakty, dlatego grozi im rozprzestrzenianie infekcji. Owady mogą się jednak przed nimi chronić. Po pierwsze, dbają o higienę. Po drugie, leczą siebie i inne mrówki za pomocą wytwarzanych antybiotyków. Antybiotyki pochodzą z dwóch źródeł: z gruczołów na ciele i z kolonii bakteryjnych hodowanych m.in. na odnóżach.
Wcześniejsze 2-letnie badania duńskich naukowców pokazały (ich wyniki ukazały się w sierpniowym wydaniu pisma Sociobiology), że wprowadzenie mrówek ćmawych (Formica polyctena) do sadu zmniejszało występowanie parcha jabłoni oraz brunatnej zgnilizny drzew ziarnkowych i pestkowych. Skłoniło to akademików do przejrzenia dostępnej literatury. W ten sposób znaleźli oni naukowe dowody, że mrówki mogą hamować co najmniej 14 chorób roślinnych.
Na razie nie wiemy jeszcze, jak mrówki mogą leczyć rośliny. Wiemy jednak, że znakują one drogę prowadzącą po roślinach feromonami, a część z nich ma właściwości antybiotyczne. Efekt leczniczy może więc być wynikiem działania feromonów - opowiada Joachim Offenberg.
Mamy nadzieję, że kolejne badania terenowe ujawnią nowe rodzaje czynników biologicznych do zwalczania opornych chorób roślin [...].
Duńczycy są przekonani, że to jak najbardziej realne rozwiązanie, gdyż np. 2 lata temu zespół z Uniwersytetu Wschodniej Anglii odkrył na afrykańskich mrówkach Tetraponera penzigi bakterie, którym nadano nazwę Streptomyces formicae. Wytwarzają one antybiotyki - formikamycyny. Testy laboratoryjne pokazały, że są one skuteczne zarówno wobec MRSA (metycylinoopornego gronkowca złocistego), jak i opornych na wankomycynę enterokoków (ang. Vancomycin-Resistant Enterococci, VRE). Niewykluczone więc, że mrówcze antybiotyki przydadzą się zarówno w ludzkiej medycynie, jak i w rolnictwie.
« powrót do artykułu -
przez 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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Choć są znacznie więksi, żołnierze mrówek z rodzaju Eciton nie mają wcale większych mózgów niż inne robotnice z tej samej kolonii, które wykonują znacznie bardziej złożone zadania.
Naukowcy z międzynarodowego zespołu uważają, że skoro zadania realizowane przez żołnierzy są bardzo specyficzne i mało wymagające poznawczo, inwestowanie w rozwój tkanki mózgowej również uległ ograniczeniu.
By porównać kasty - żołnierzy i pozostałe robotnice, wykorzystaliśmy wyróżniających się żołnierzy z kolonii mrówek Eciton. Żołnierze wyglądają inaczej - są więksi od pozostałych członków kolonii - ale i zachowują się inaczej: mają prostszy repertuar behawioralny. Nasze wyniki stanowią poparcie dla teorii, że prostsze zachowania żołnierzy pozwalają ograniczyć nakłady na rozwój mózgu - opowiada prof. Sean O'Donnell z Drexel University.
Autorzy artykułu z pisma BMC Zoology podkreślają, że mrówki są owadami eusocjalnymi, co oznacza, że różnice w zdolnościach indywidualnych są podporządkowane korzyściom kolonii. Naukowcy dywagowali, że dobór na poziomie kolonii może prowadzić do różnych wielkości mózgu u poszczególnych kast robotnic. Wszystko miałoby zależeć od wymogów poznawczych stwarzanych przez funkcje pełnione w kolonii.
By sprawdzić, czy tak rzeczywiście jest, zespół porównywał wielkość mózgu i ciała 109 robotnic i 39 żołnierzy 8 gatunków i podgatunków Eciton (E. burchellii foreli, E. burchellii cupiens, E. burchellii parvispinum, E. dulcium, E. hamatum, E. lucanoides, E. mexicanum i E. vagans).
Biolodzy analizowali płaty czułkowe, które odbierają dane czuciowe, i ciała grzybkowate, które odpowiadają za pamięć i uczenie. Sprawdzali także, czy architektura mózgu żołnierzy i robotnic jest inna. Okazało się, że choć żołnierze są więksi od robotnic, ogólna objętość ich mózgu nie jest już znacząco różna. Ponadto płaty czułkowe i ciała grzybkowate okazały się relatywnie mniejsze.
Ekipa O'Donnella uważa więc, że wyniki sugerują, że skoro rozwój i utrzymanie tkanki mózgowej są kosztowne zarówno dla pojedynczego organizmu, jak i kolonii, dobór naturalny na poziomie kolonii faworyzuje ograniczone inwestycje w tkankę mózgu żołnierzy, których zadania są poznawczo mniej wymagające od zadań innych robotnic.
Jako że mięśnie związane z żuchwami wykorzystywanymi do walki okazały się u żołnierzy pokaźniejsze, biolodzy doszli do wniosku, że w grę może wchodzić kompromis i rozwój mięśni zachodzi w takich uzasadnionych przypadkach kosztem rozwoju mózgu.
Wcześniejsze studia tego rodzaju porównywały różne gatunki albo polegały na określaniu czynników, które mogłyby sprzyjać zwiększonemu inwestowaniu w mózg na poziomie jednostki. My ocenialiśmy, jak ograniczenie zdolności behawioralnych, i związany z tym spadek inwestycji w mózg, u poszczególnych osobników przynosi korzyści grupie jako całości.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.