Valovanje od vesolja do celic

Znanost v 2017: zlitje nevtronskih zvezd odkritje stoletja, nova celina, novi Zemlji podobni planeti, nove krvne celice ...

ned, 07.01.2018, 11:00

Valovanje – s to besedo smo pred letom dni označili glavna znanstvena odkritja v takrat iztekajočem se letu in z isto besedo lahko označimo tudi znanstveno bero v letu 2017.

Valovanje se je takrat in se tudi zdaj dobesedno nanaša na odkritje gravitacijskih valov. To je bilo po mnenju večine znanstvenikov odkritje stoletja, ki je bilo v letu 2017 že (ne)presenetljivo hitro okronano z Nobelovo nagrado.

V minulem letu je privedlo do še enega epohalnega odkritja: zaznave zlitja dveh nevtronskih zvezd, ki odpira novo dobo astronomije. Po presoji ugledne revije Science – z uredniki te revije pa se strinjajo tudi uredniki drugih revij za znanost – je bilo to odkritje vrhunec znanosti v letu 2017, ki bo valovalo oziroma odzvanjalo še dolgo, letos in prihodnja leta.

O zlitju nevtronskih zvezd smo v Delovi Znanosti obširno poročali, kot smo poročali tudi o številnih drugih odkritjih, ki so valovali v dobesednem in metaforičnem pomenu. Spodaj jih izpostavljamo nekaj, ki segajo od ekspo ravni nepredstavljivo daleč v vesolju, vse do prav tako nepredstavljivo majhne nano ravni znotraj celic – eni in drugi pa bolj ali manj neopazno vplivajo na življenje v nas in okoli nas.

Organi in človek na čipu

Skupina raziskovalcev z Univerze York v Torontu je v znanstveni reviji Scientific Reports lani objavila zelo odmevno raziskavo, ki bo bistveno pripomogla k napredku tkivnega inženirstva. Z izvirnim postopkom – celične površine brez ogrodja – so pridobili 3D-tkivo, ki sinhrono utripa kakor naravno.

»Na splošno je razvoj inovativnih večceličnih tridimenzionalnih (3D) modelov, tako imenovanih sferoidnih struktur, v velikem porastu za vse vrste tkiv, tako normalnih kot tudi tumorskih,« je v Delovi Znanosti dogajanje na tem področju v zvezi z dosežkom kanadske skupine komentirala prof. dr. Tamara Lah Turnšek, direktorica Nacionalnega inštituta za biologijo V Ljubljani.

»Še pred kratkim smo učinke zdravil ali škodljivih snovi iz okolja na izbrane vrste živalskih ali človeških celic proučevali v in vitro dvodimenzionalnih (2D) kulturah. Te smo uporabljali tudi za določevanje lastnosti tkiv na podlagi celičnega obnašanja v teh kulturah. Ko smo prešli na prostorske tehnike gojenja v 3D-modelih, smo ugotovili, da se celice v njih zelo drugače vedejo in komunicirajo v drugačnem biokemijskem jeziku,« je pojasnila in povedala, da z nadgrajevanjem celičnih modelov nastajajo še novi prototipi tkiv kože, jeter, trebušne slinavke in drugih organov.

Znanstveniki si prizadevajo pripraviti širše uporaben model »človeško telo na čipu«. Po besedah prof. Tamare Lah Turnšek bi z njim lahko ponazorili fiziologijo vrsti različnih organov, in ne le to, več modelov organov na čipu bi lahko povezali z mikrofluidnimi kanali, to pa bi omogočilo raziskovanje veliko vrst bolezenskih stanj in hitrejšo pot do zdravil.

Zdravljenje primatov z reprogramiranimi celicami

Skupina znanstvenikov pod vodstvom Juna Takahašija, profesorja na univerzi Kyoto na Japonskem, je lani v centru za raziskave in aplikacije induciranih pluripotentnih matičnih celic (CiRA) prvič uspešno presadila reprogramirane humane matične celice opicam vrste makaki s simptomi parkinsonove bolezni.

Raziskava, ki so jo objavili v znanstveni reviji Nature, je napovedala možnost, da bi z reprogramiranimi matičnimi celicami, ki so sposobne obnoviti izločanje dopamina v možganih, nekoč, morda niti ne v zelo oddaljeni prihodnosti, lahko zdravili bolnike s parkinsonovo boleznijo.

S prvo klinično študijo za uporabo te metode v humani medicini naj bi začeli predvidoma že letos, smo sredi septembra poročali v Delovi Znanosti. Poskuse na živalskih modelih so opravili tako, da so pridobili inducirane pluripotentne matične celice (iPS) iz delčkov človeške kože bolnikov s parkinsonovo boleznijo in zdravih prostovoljcev in jih z zelo tankimi iglami injicirali v opičje možgane. Ob zaključku omenjene obsežne raziskave, kjer so primate prvič poskusno zdravili s človeškimi matičnimi celicami, so po dveh letih ugotovili, da so presajene reprogramirane matične celice uspešno in varno opravile svojo nalogo.

Nove krvne celice in njihov zemljevid

Skupina znanstvenikov z inštituta MIT (Massachusetts Institute of Technology) in še dveh ameriških univerz, New York in Harvard, je lani odkrila štiri nove podtipe belih humanih krvnih celic, dve vrsti dendritičnih in dve vrsti monocitov, ki imajo pomembno vlogo v človekovem imunskem sistemu. Raziskava, ki je del globalne pobude Human Cell Atlas, je bila objavljena v znanstveni reviji Science. To novo odkritje so raziskovalci lahko dosegli z novo tehniko sekveniranja, ki omogoča analizo dednega zapisa tudi na posamezni celici.

Nove krvne celice Foto: Human Cell Atlas

»S to tehniko lahko identificiramo tudi zelo redke celične tipe, ki bi drugače ostali skriti v večjih celičnih populacijah« je ta dosežek v Delovi Znanosti komentiral doc. Urban Švajger. predstojnik Centra za razvoj naprednih zdravljenj na Zavodu za transfuzijsko medicino v Ljubljani. Dodal je še, da je omenjena klasifikacija dendritičnih celic in monocitov v njihove podtipe pomembna za razumevanje imunoloških mehanizmov, in sicer za diagnozo in terapijo.

Odkrili najstarejšega človeškega prednika?

Mednarodna skupina raziskovalcev je v kitajski provinci Shaanxi našla več kot 40 milijonov let stare fosilne ostanke morskih organizmov, ki bodo morda dodali pomemben košček znanja pri spoznavanju razvoja življenja na Zemlji in nastanka višjih življenjskih oblik. Najditelji so prepričani, da so pod mikroskopom zagledali zelo dobro ohranjen primerek zelo stare vrste, iz katere se je pozneje razvilo veliko novih oblik, ki so tudi del človeške evolucijske lestvice (vretenčarji).

Vrečasta morska živalca je bila velika približno milimeter in je živela predvidoma v pesku na morskem dnu. Premikala se je z zvijanjem in je imela velika usta, ki so bila namenjena tudi izločanju, saj na fosilu niso opazili zadnjične odprtine. Znanstvenike je odkritje presenetilo tudi zato, ker so bili najstarejši do zdaj znani devterostomi stari od deset do dvajset milijoni let. Kitajski primerek pa utegne biti njihov skupni prednik, ki ga še niso poznali.

Dolgotrajno bivanje v vesolju vpliva na gene

Skoraj leto dni življenja v vesolju gotovo spremeni človeka v več pogledih: psihološko, svetovnonazorsko in ne nazadnje tudi telesno. To se kaže tako v zmanjšanju gostote kosti zaradi bivanja v breztežnosti kot v spremembah DNK, so pokazali preliminarni rezultati obsežnih testov dveh astronavtov, ameriškega in ruskega, ki sta v vesolju preživela skoraj vse leto.

Scotta Kellyja, ameriškega astronavta z najdaljšim obdobjem bivanja v vesolju, je skoraj leto dni v vesolju spremenilo v okoljevarstvenika, saj mu je naš planet pokazalo s perspektive, ki je mogoča le redkim. Toda sprememba odnosa do sveta in okolja ni edina, ki jo je Scott Kelly doživel med bivanjem na Mednarodni vesoljski postaji med letoma 2015 do 2016.

Preliminarni rezultati obsežnih fizioloških raziskav, ki jih je Nasa objavila konec prejšnjega tedna kažejo, da je dolgotrajno bivanje v breztežnostnem okolju v orbiti nad Zemljo vplivalo na Kellyjevo gibalno sposobnost, mikrobiom in celo na gene.

Ti rezultati so za Naso zelo pomembni, saj namerava že v prihodnjih dveh desetletjih poslati prvo človeško posadko na nam najbližji planet Mars. Bodo ti bodoči prvi obiskovalci sposobni po prihodu na Mars opraviti naloge, ki se jim bodo zastavile takoj ob pristanku na našem najbližjem planetarnem sosedu?

Rezultati proučevanja vpliva dolgotrajnega bivanja v vesolju na Scotta Kellyja in njegovega ruskega kolega Mihaila Kornienka za zdaj kažejo, da utegnejo imeti prvi obiskovalci Marsa po pristanku na njem kar veliko težav pri prvih opravilih. Pri testih, ki sta jih takoj po dolgem bivanju v breztežnosti morala opraviti Kelly in Kornienko, sta največ težav imela z nadzorom drže, stabilnosti in z urnostjo uporabe desne roke. To pomeni, da tudi tako preprosta opravila, kot so plezanje po lestvi, izogibanje oviram na tleh in uporaba računalnika takoj po pristanku na Marsu za astronavte lahko pomenijo veliko težavo.

Razkritje Zealandije, osme celine

Zealandija, kandidatka za novo, osmo celino na našem planetu, ni novo odkritje, je pa marsikomu neznana, saj leži večinoma pod morjem. Skupina geografov, ki je februarja v reviji Geological Society of America objavila članek z novimi utemeljitvami, zakaj Nova Zelandija ni le skupek otokov, ampak vidni del podvodnega kontinenta, jo proučuje in si že približno dvajset let prizadeva za priznanje nove celine.

»S površino, večjo od milijona kvadratnih kilometrov, in omejena z jasno določljivimi geološkimi in geografskimi mejami, je Zealandija po naši definiciji dovolj velika, da si zasluži status celine,« je v obvestilu za javnost zapisal vodilni avtor članka dr. Nick Mortimer.

Zealandija, potencialna osma celina, v glavnem leži pod morjem. Foto: GNS Science

Mortimer vodi skupino osmih geologov na GNS Science, novozelandskem inštitutu za raziskave v geologiji, geofiziki in jedrskih vedah, pri članku pa so sodelovali še raziskovalci z drugih ustanov in univerz. V skoraj dve desetletji trajajočih raziskavah so, kot so prepričani, zbrali dovolj dokazov, po katerih so otoki Nove Zelandije pravzaprav le vrhovi velikih gora, ki pripadajo razmeroma veliki celini. Kar 94 odstotkov te celine se skriva pod morjem.

Njihova raziskava je pokazala, da je Zealandija, kot imenujejo kandidatko za osmo celino, mlad, tanek kontinent s skorjo, debelo od deset do 40 kilometrov, njeni deli pa segajo pod Južni otok. Celina pod vodo je po velikosti večja od Indije in bo, če bo dobila status kontinenta, sedma po velikosti.

Oceanografi potrdili slutnjo o izgubi kisika

Sodeč po rezultatih nemške študije, objavljenih v februarski številki revije Nature, se najbolj dolgoročne posledice podnebnih sprememb ne dogajajo pred našimi očmi, na kopnem, ampak globoko v oceanih. Članek v reviji Nature dokazuje, da so oceani v zadnjega pol stoletja izgubili kar dva odstotka kisika. Najbolj skrb vzbujajoče pa je, da se upad kisika še kar nadaljuje.

Avtorji, Sunke Schmidtko s sodelavcema Lotharjem Strammo in Martinom Visbeckom, vsi trije so z Geomarja, Helmholtzovega centra za raziskave oceanov v Kielu, so v veliki raziskovalni sintezi ugotovili, da se je v zadnjih 50 letih količina kisika, raztopljenega v morski vodi, zmanjšala v vseh morjih na našem planetu.

Njihove analize kažejo, da se je vsebnost kisika v morski vodi v letih med 1960 in 2010 povprečno zmanjšala za več kot dva odstotka. Ponekod je bil ta delež še večji, medtem ko je bilo nekaterim območjem za zdaj prizaneseno.

Največji volumen kisika je izgubil največji ocean, Tihi ocean, po odstotkih pa je upad največji v Arktičnem oceanu, na območju, kjer so posledice podnebnih sprememb najkrutejše in najbolj izrazite.

Strah pred kloni je bil odveč

Konec februarja sta minili dve desetletji, odkar je v svetu odjeknila novica o prvi ovci, klonirani iz celic odrasle živali. V laboratorijskem hlevu inštituta Roslin v Edinburgu se je ovca Dolly, pred tem dnem skoraj osem mesecev po skrivni skotitvi 5. julija 1996 vodena pod šifro 6LL3, nenadoma znašla na naslovnicah vseh svetovnih medijev. Njena bela glava je izdajala, da je nekaj posebnega: bila je prvi sesalec, kloniran iz celic odrasle živali.

Ta dogodek je odprl veliko polemik o kloniranju – je to smiselno, etično – pa tudi strahov, da se bodo med nami kmalu znašli kloni, ne le živali, ampak morda celo človeka. Toda po 20 letih boste človeški klon zaman iskali.

Znanstvenikov nikoli ni zares zanimal oziroma niso imeli vzroka, da bi ga ustvarili. Znanje, ki so ga dobili z Dolly, so raje namenili nadaljnjemu razvoju terapije z matičnimi celicami, na primer razvoju tehnike, kako ustvariti embrionalne matične celice neposredno iz pacientovih lastnih celic.

Tudi leta 2017 je kloniranje človeka še vedno neizvedljivo, brez znanstvene koristi in z nesprejemljivo velikim tveganjem, meni večina raziskovalcev. Celo kloniranje živali je zelo omejeno, čeprav mu v prihodnjih letih napovedujejo razmah. Nekaj primerov kloniranja v živinoreji je na Kitajskem in v ZDA, medtem ko je evropski parlament pred dobrima dvema letoma izglasoval prepoved kloniranja živali za hrano.

Našli še deset Zemlji podobnih planetov

Nasin teleskop je zaznal 219 novih planetov zunaj našega osončja, med katerimi bi na deseterici utegnilo obstajati življenje, je sredi junija na posebni medijski konferenci sporočila ameriška vesoljska agencija. Vseh deset kandidatov za obstoj življenja je približno enake velikosti kot naša Zemlja in ležijo v habitabilni coni, torej na taki oddaljenosti od svoje zvezde, da so na njih primerne razmere za obstoj življenja.

Te planete je teleskop Kepler odkril v prvih štirih letih svoje misije, ki se je začela leta 2009, končala pa leta 2013 – potem ko sta se poškodovala dva od štirih nadzornih sistemov, ki so uravnavali orientacijo teleskopa v vesolju.

Sedmerica od novoodkritih desetih Zemlji podobnih planetov kroži okoli zvezde tako, kot Zemlja kroži okoli Sonca, ne okoli zvezde pritlikavke, kjer bi planet moral biti precej bliže zvezdi, da bi na njem lahko bila primerna temperatura za življenje.

Odkritje deseterice za življenje primernih planetov še ne pomeni, da je na njih življenje, ampak le, da je tam izpolnjenih nekaj najpomembnejših pogojev, nujnih za morebitni obstoj življenja. Seveda pa to odkritje pomeni večjo verjetnost, da v vesolju obstaja življenje še kje drugje, ne le na Zemlji.

Zemlji podoben planet Kepler 186f, kot si ga je po podatkih teleskopa zamislil umetnik.

»Ali smo edini v vesolju?« si je na novinarski konferenci retorično vprašanje postavil znanstvenik iz Keplerjeve misije Mario Perez in nanj tudi odgovoril: »Verjetno nam Kepler s svojimi podatki posredno sporoča, da nismo edini. Seveda pa je treba te podatke še potrditi.«

Na sledi avtizmu pri otrocih

Še pred dobrimi dvajsetimi leti smo se z avtizmom in avtisti srečevali predvsem v filmih, zdaj pa so avtistični otroci – to so otroci z nevrološko-biološkimi motnjami, ki se kažejo v različnih oblikah njihovega vedenja, ki bolj ali manj odstopa od ustaljenega vedenja sovrstnikov – tudi v našem okolju precej reden pojav. Še vedno pa ni znano, zakaj jih je v tej generaciji več kot v prejšnjih. Do enega od odgovorov so se poleti dokopali raziskovalci z univerze v Bristolu.

V projektu Otroci 90. let so proučevali 14.500 otrok in ugotovili, da je, če je dekličina babica po materini strani (torej mati njene matere) med nosečnostjo kadila, za 67 odstotkov večja verjetnost, da bodo njeni vnuki imeli lastnosti, povezane z avtizmom. Te segajo od težav pri vzpostavljanju stikov z vrstniki in drugimi ljudmi do različnih oblik neutemeljeno ponavljajočega se vedenja.

V študiji, ki je bila junija objavljena v reviji Scientific Reports, navajajo tudi podatek, da se je tveganje za diagnosticiranje avtizma oziroma spektra avtističnih motenj (ASD) pri vnukih v primeru, da je babica po materini strani med nosečnostjo kadila, povečalo za kar 53 odstotkov.

Ti ugotovitvi kažeta, da če je ženski zarodek v maternici izpostavljen vplivu kajenja nosečnice, lahko to vpliva na razvoj jajčec še nerojene deklice v maternici in tudi na razvoj njenih morebitnih otrok. Raziskovalci sicer poudarjajo, da bodo potrebne še nadaljnje raziskave, ki bi pokazale, kakšne molekularne spremembe se dogajajo in ali enake povezave obstajajo tudi pri drugih skupinah, recimo pri dečkih.

Misija Dotik Sonca

Zadnji dan maja je Nasa na novinarski konferenci na Univerzi Chicago oznanila načrte o misiji Dotik Sonca, prvem poskusu prodreti s sondo v Sončevo atmosfero. Sonda bo tam morala prestati zelo visoko sevanje in temperaturo do 1400 stopinj Celzija. Solarna sonda Plus, kot se bo imenovala, naj bi proti Soncu poletela julija ali avgusta prihodnje leto – 50 let po tem, ko je bil tak polet prvič predlagan. Soncu se bo po sedanjih načrtih približala šest let in pol pozneje, in sicer decembra 2024, potem ko bo letela mimo Venere in tam opravila veliko opazovanj.

V krožnici v razdalji šest in pol milijona kilometrov nad površino Sonca, kjer bo morala prestati vročino in sevanje, kakršnemu ni bila izpostavljena še nobena sonda, bo raziskovala zunanjo plast Sončeve atmosfere. Astronomi upajo, da bo dobila podatke, ki bodo pomagali odgovoriti na več desetletij stara vprašanja o fiziki in delovanju zvezd.

V izjavi za javnost je Nasa poudarila, da bodo ti podatki izboljšali napovedi pomembnih vesoljskih vremenskih dogodkov, ki vplivajo na življenje na Zemlji ter tudi na satelite in astronavte v vesolju.

Misija Solarne sonde Plus naj bi se končala junija 2025. Potem ko bo poletela mimo Venere, se bo približala Soncu v nizu eliptičnih krožnic skozi notranji sončni sistem. Razdalje teh krožnic se bodo postopno zmanjševale, vse dokler se sonda ne bo približala Soncu do oddaljenosti 6,5 milijona kilometrov od njegove površine.

V času te sedemletne misije bo sonda imela 24 bližnjih srečanj s Soncem. Prve podatke s svojih opazovanj bo poslala že tri mesece po izstrelitvi v vesolje in jih bo pošiljala vse do konca misije.

Ko bo najbliže Soncu, bo njena hitrost 724.000 kilometrov na uro. »To je hitrost, s katero bi iz Philadelphie do Washingtona DC prispeli v eni sekundi,« so sporočili predstavniki Nase. Povedali so še, da bo sonda obkrožena z 11,43 centimetra debelim ščitom iz kompozita ogljika, da bi lahko prestala izjemno sevanje in vročino. V točki, ko bo najbliže Soncu, bo morala prestati sevanje, ki bo petstokratkrat večje kot v krožnici nad Zemljo.

Prijavi sovražni govor