Věda roku 2011 očima Portu
6. 1. 2012
V tomto vydání populárně vědeckého magazínu uvedeme ty nejzajímavější události z vědy a techniky, o kterých jsme vás loni v Portu informovali. Nejdříve prozkoumáme stopy dinosaura v Praze – Tróji a pak zjistíme, kolik prachu se roznese po celé zeměkouli. Ukážeme, že se vědci pokoušejí nahradit sádru speciálním gelem, také se podíváme zblízka na užitečnou lékařskou práci larev mouchy bzučivky. Pochválíme učenlivé štěkající papoušky a zachráníme netopýry, kteří přinášejí štěstí. Prolistujeme utajenou Červenou knihu a nakonec zavítáme mezi přední fyziky, abychom se zabývali problémy neutrina a nepolapitelného Higgsova bosonu.
Kde se vzala ta stopa a odkud přilétl ten prach?
GEOLOGIE: Stopování neviditelného
Loni jsme se pustili do stopování dinosaura u nás. Česká krajina před 210 miliony let. Dnešní východní Čechy byly pokryty směsí jemného písku a jílu, který časem zkameněl. Nyní je tento kámen v Botanické zahradě v Praze Tróji.
RNDr. Radek Mikuláš, CSc., Laboratoř a paleobiologie a paleoekologie, Geologický ústav AV ČR: Krásná ukázka povrchu pouště. Stejně jako tamten kámen, nebo tento. Tohle ještě jsou čeřinky, které vznikají buď ve velmi mělké vodě, nebo někdy i větrem. To se dá poznat podle sklonu.
Radek Mikuláš je ichnolog, tedy specialista na stopy a činnost vyhynulých organismů. Pískovcových dlaždic si začal všímat po roce 1998, kdy se dozvěděl o nálezu první dinosauří stopy na našem území. Ta pocházela z pískovcového lomu U devíti křížů ve východních Čechách.
Konzultoval tedy snímky dlaždic s italským specialistou na dinosauří stopy, který mu poslal povzbuzující zprávu: některé ze stop určitě patřily dinosaurům, ale nejsou dost zřetelné.
RNDr. Radek Mikuláš, CSc., Laboratoř a peleobiologie a paleoekologie, Geologický ústav AV ČR: Ušel jsem asi tak metr, a našel tuto stopu, která je o něčem úplně jiným.
Česká republika je paleontologicky nesmírně bohatá. Na našem území máme takřka z každého geologického období alespoň nějaký pozůstatek. Jsme velmocí v nálezech trilobitů a mnoha dalších památek na dávno vymřelý život. Nálezy upomínek na bohatou éru dinosaurů ale u nás dlouho chyběly.
RNDr. Radek Mikuláš, CSc., Laboratoř a peleobiologie a paleoekologie, Geologický ústav AV ČR: Drápy nebo špičky těch prstů směřují přibližně jedním směrem, ta patní část je poměrně výrazná, a ty prsty všechny se směrem dopředu zužují.
Stopa patří k ichnorodu anomoepus. Přestože je i po 210 milionech let dobře čitelná, můžeme jen odhadovat, jak vypadalo zvíře, které ji zanechalo. Pomáhá nám proto srovnávání se zahraničními nálezy, kde je stop i kosterních nálezů mnohem více.
Geology ale také zajímá věc naprosto všední – prach. Prach z asijských pouští i z islandských sopek. Znečištění atmosféry prachem způsobí ročně jen v Evropě na 370 000 předčasných úmrtí. Prach také zkoumají v Geologickém ústavu Akademie věd. Za prach jsou považovány tuhé částice s průměrem menším než 500 mikrometrů. Polétavý prach jsou částice menší než 10 mikrometrů.
Tato částice je takzvaný mullit, součást elektrárenských popílků. Toto je součást vulkanického prachu, pěkně vyvinutý krystal pyroxenu. Prach z atmosféry získávají vědci prosáváním vzduchu speciálním filtrem. Podle velikosti otvorů ve filtru se dovnitř dostanou jenom částice o určité velikosti. Vzhledem k nepříznivému působení na zdraví se nejvíc sledují částice menší než 10 mikrometrů. Ty se při dýchání dostávají hluboko do plicních sklípků. Způsobují alergie a astma a v kombinaci s dalšími chemickými látkami i rakovinu. Ty nejzajímavější vzorky je ale možné získat metodou mnohem jednodušší.
Doc. RNDr. Jindřich Hladil, DrSc., Laboratoř geologických procesů, Geologický ústav AV ČR: Pro nás je to velice zásadní činnost, protože pravidelným sklízením těchto sedimentačních kvadrantů, těchto rozložených pastí, získáváme prach, který skutečně a nefalšovaně přichází seshora, který sedimentuje. To jsou částice, které se do běžných strategií vzorkování aerosolu nebo prachu, té hrubší minerální komponenty, vůbec jako nedostanou.
Vědci zjistili, že na dlouhé vzdálenosti dokážou díky atmosférickým proudům cestovat i prachová zrnka podstatně větší, než se dosud předpokládalo. Platí, že čím větší a hmotnější zrnko, tím dříve ho gravitace přitáhne k zemi. Tryskové proudy – mimořádně silné vichry, které foukají kolem země ve výškách kolem deseti kilometrů – si ale zřejmě poradí i s částečkami o velikosti desetin milimetrů. Ročně se tak po celém světě přemístí tuny materiálu.
Medicína. Kdo je lepší lékař – vědec, nebo hmyz?
MEDICÍNA: Gel místo sádry a bionůž
Kosti, … tak tvrdé a přesto křehké … Slouží jako mechanická ochrana vnitřních orgánů a jako opora těla … Porušením kostí vznikají vážné problémy, které často vyžadují dlouhodobou léčbu. Současná léčba zlomenin má své kořeny už před mnoha tisíci lety. Nejstarším způsobem je znehybnění dlahou. Dnes klasicky používáme sádru.
U komplikovanějších zlomenin je nutná operace, například při zpevňování kostí kovovým materiálem nebo zevní fixací. Chemici z Vysokého učení technického v Brně se ale vydali ojedinělou cestou. Vyvinuli nové dočasné implantáty na bázi biopolymerů, které budou sloužit nejen k léčbě kostí, ale i chrupavek, vazů či menisků.
Materiál tedy slouží jako nosič, do kterého se v laboratořích tkáňového inženýrství přidávají mezenchymové kmenové buňky. Ty se získávají z krve kostní dřeně samotného pacienta – nebo od dárce – a mají schopnost se specializovat v jakoukoli buňku lidského těla. V případě zlomeniny se tedy stávají kostními buňkami. Spouštějí samoobnovení tkáně, čímž výrazně urychlí hojení. Rovněž umožní vyléčit takové poranění kosti, které by se za normálních okolností samo vůbec nezacelilo.
Vzhledem k tomu, že vkládání těchto materiálů vyžaduje chirurgický zásah, vznikla již před více než deseti lety myšlenka vytvořit „vstřikovatelné kostní adhezivum“. Takový materiál by bylo možné dopravit na místo zranění injekční stříkačkou a operace by odpadla. Tento speciální polymerní kompozit je termosenzitivní, což znamená, že je za pokojové teploty tekutý, zatímco při teplotě lidského těla během několika desítek vteřin ztuhne. S jistou nadsázkou by se dalo říci, že porušenou kost dokonale slepí.
V roce 2011 jsme vás také informovali o další mimořádné metodě, která rovněž může zachránit vaši nohu. Moucha. Otravná, neodbytná, vlezlá … Pán much, neboli Belzebub, je symbolem zla. Moucha kladoucí vajíčka a její larvy připomínají souvislost s rozkladem a hnilobou. Představa, že nás žerou červi, je neoddělitelně spjatá se strachem ze smrti.
A přece v těch nejmodernějších nemocnicích dnes nasazují pacientům muší larvy do ran. Málokterý tvor se totiž tak míjí se svou pověstí jako larvy bzučivky zelené, které dokáží zachránit lidské zdraví a život.
MUDr. Karel Novotný, Klinika kardiovaskulární chirurgie FN Motol: Ony jednak mají schopnost rozkládat pouze mrtvou tkáň, to znamená, že tu živou nepoškodí, a z těch larev vychází exkrementy, které nejenže jsou sterilní, ale ještě mají antibakteriální efekt.
Před aplikací se larvy o velikosti asi dvou milimetrů vyplaví fyziologickým roztokem z kontejneru na sterilní látku, která se vloží do rány. V dávné minulosti někdy výběr nevhodných nebo infikovaných larev způsobil těžké komplikace, nyní však už nic podobného nehrozí.
MUDr. Karel Novotný, Klinika kardiovaskulární chirurgie, FN Motol: My dnes larvy pěstujeme ve speciální líhni, kde všechno probíhá za sterilních podmínek, to znamená, že ty vajíčka jsou od těch much, které nakladou na syrová játra, tak jsou potom dezinfikována speciálními roztoky a celá ta práce vlastně probíhá potom ve sterilních boxech.
Objev antibiotik na čtyřicet let odsunul larvální léčbu do pozadí jako poněkud bizarní zastaralou metodu. Nyní však lékaři zjišťují, že antibiotika přestávají zabírat, a staré dobré larvy tak zažívají svůj velký comeback.
Pán v ordinaci: Mám v tepně ten cuclík…
V 90. letech se v motolské fakultní nemocnici rozhodli experimentálně využít larvální léčbu pro záchranu nohy pacienta, kterého předtím dva měsíce marně léčili antibiotiky. Po třídenním působení larev byla dříve nezhojitelná rána dokonale vyčištěná a pacient mohl jít domů. Záhy se larvální léčba – neboli „maggot therapy“ – začala znovu oficiálně používat v mnoha nemocnicích v České republice. V současné době ji dokonce proplácejí zdravotní pojišťovny.
Příroda, zvířata. Nic není tak, jak se to na první pohled jeví.
ZOOGIE: Štěkající papoušci a netopýři pro štěstí
Už tisíce let papoušci baví své majitele. Umí totiž napodobit téměř jakékoliv zvuky ze svého okolí. Nedělá jim problém naučit se celé věty i stovky jednotlivých slov.
Papoušek: Pěkně vítám!
Je ale papoušek tvor, který pouze „otrocky napodobuje“, nebo se snaží i komunikovat? Touto otázkou se zabývá srovnávací psychologie.
V sedmdesátých letech si koupila americká vědkyně Irene Pepperbergová papouška, se kterým začala trénovat. Za třicet let dosáhla obrovských úspěchů a změnila pohled na ptáky celého světa. Papoušek šedý – žako – patří k nejinteligentnějším živočišným druhům na světě. Je schopen abstraktního uvažování podobně, jako primáti.
Mgr. Jitka Lindová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, katedra zoologie, specializace etologie – ekologie: Že je schopen počítat, srovnávat větší – menší, stejný – různý, že je schopen třeba odpovídat na otázky jakou má něco barvu nebo na složitější otázky, co je stejné u dvou předmětů – zda je to barva, materiál, tvar a podobně.
Mgr. Jitka Lindová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, katedra zoologie, specializace etologie – ekologie: Budeš mluvit? Bude škola. Běž si tady na bidýlko, no, hodnej papoušek! Hodnej papoušek.
Papouškové v české laboratoři mezidruhové komunikace patří ke stejnému druhu, jako Alex. Vědci Fakulty humanitních studií Univerzity Karlovy ověřují, co všechno se tito ptáci jsou schopni naučit. Z předchozích zahraničních výzkumů přitom vyplynulo, že nejlepší výsledky mají papouškové tehdy, když mají při výuce rivala. Například člověka.
Mgr. Jitka Lindová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, katedra zoologie, specializace etologie – ekologie: Existuje celá řada studií na našich více příbuzných savcích, například na primátech, ale taky třeba na delfínech, kde se přišlo na vysoké schopnosti, vysokou inteligenci u těch zvířat, ale ti papoušci jsou specifičtí v tom, že u nich ta inteligence je hodně vázaná právě na hlasový projev.
Mgr. Jitka Lindová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, katedra zoologie, specializace etologie – ekologie: Co to je?
Papoušek: Brčko.
Mgr. Jitka Lindová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, katedra zoologie, specializace etologie – ekologie: Ano, správně. Šikovnej papoušek. Šikovnej, tak na – vem si brčko. Ale můj prst ne!
Za každým výzkumem jsou hodiny nahrávek. Při nich si vědci všimli, že papouščí komunikace velmi často obsahuje zvuky, které bychom připsali spíše psům.
Mgr. Jitka Lindová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, katedra zoologie, specializace etologie – ekologie: Mezi nejtypičtější projevy papouška patří projev, který připomíná štěkání.
Papoušek: Štěk, štěk.
Papouščí štěknutí je hlučné. Proto se dá velmi dobře poznat, odkud přichází. Ptáci do něj vkládají spousty energie, takže strhnou pozornost ostatních. Přesný význam tohoto zvuku si ale zatím jen domýšlíme.
I netopýři v sobě skrývají mnoho záhad. Kdysi bývali považováni za nečisté zvíře, vyslance ďábla, vtělení upíra. Díky lidovým pověrám si v minulosti užili své. Dnes jsou ohroženým druhem a lidé se jim snaží pomoci.
Pokud někdy najdete zraněného netopýra, nebo netopýří kolonii na nevhodném místě, měli byste zavolat záchrannou stanici Zvíře v nouzi. Národní síť záchranných stanic pokrývá celé naše území a přijímá do péče i netopýry. Záchranná stanice AVES Kladno se na ně přímo specializuje.
Ing. Dagmar Zieglerová, Český svaz ochránců přírody, koordinátorka záchranných stanic, předsedkyně ZO ČSOP Nyctalus: Každé zvíře, které se přijme do záchranné stanice, to je docela důležité, vede se k němu přesná evidence – kde se to zvíře našlo, kdy se našlo, jaká byla další péče.
Mgr. Helena Jahelková, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, členka základní organizace Českého svazu ochrany přírody (ZO ČSOP) Nyctalus: Tak děti. Co víte o netopýrcích? Lítají v noci? Jak je to s těma očima? Vidí, nebo nevidí? Mají očička? Vidíte, že má …
Netopýr, který nemůže létat, se o sebe nepostará, takže musí být dopraven do záchranného centra. Netopýři a jejich blízcí příbuzní jsou jedinými létajícími savci na této planetě. Ostatní savci z řádu letounů, jako je třeba vakoveverka, dokážou jen klouzat, zatímco netopýr ovládá akrobatické létání rychlostí až 50 km v hodině.
Ing. Dagmar Zieglerová, Český svaz ochránců přírody, koordinátorka záchranných stanic, předsedkyně ZO ČSOP Nyctalus: Ahoj, tak co neseš? Protokol máš. Nelítá? Tak se na něj podíváme – netopýr večerní. Tak ukaž, co ti chybí.
Každého nalezeného netopýra nejprve prohlédne veterinářka. Létací blána, pevná elastická kožní řasa, protkaná cévami a nervy a porostlá chlupy, obvykle sroste sama, ale zvíře může mít i jiné problémy, například plíseň. Zranění netopýři rehabilitují v kotci, případně na zimovišti. Netopýři totiž přežívají zimu v hibernovaném stavu – tedy se sníženým metabolismem, teplotou, frekvencí dechu a tepu, a s „vypnutými“ smysly. Netopýr by v bdělém stavu zimu nepřežil. Při letu musí doplňovat obrovské množství živin – asi jako kdyby maratónec při běhu snědl sedmnáct kilo masa.
Mgr. Helena Jahelková, Ph.D., Přírodovědecká fakulta UK, členka základní organizace Českého svazu ochrany přírody (ZO ČSOP) Nyctalus: Hele kucí, půjdete někdo žrát?
Krása je v oku pozorovatele, a tak je možné sledovat, jak se netopýr láduje tlustými červy, s jistým dojetím. I když netopýr létá jen v noci a jeho siluetu známe z pohádek jako zlověstnou, je to užitečné zvířátko, které nás zbavuje žab a nepříjemného hmyzu. Ostatně v Číně je znakem největšího štěstí seskupení pěti netopýrů: symbolizují dlouhověkost, bohatství, zdraví, ctnost a přirozenou smrt.
Skrývá utajovaná kniha klíč k naší duši?
PSYCHOLOGIE: Utajená kniha a atraktivita
Padesát let ležela ukrytá v trezoru ve švýcarském Zurychu. Vázaná v červené kůži. Tajemná kniha, která ukrývá klíč k dílu jednoho z praotců psychoanalýzy – švýcarského psychologa a psychiatra Carla Gustava Junga. Od jeho smrti v roce 1961 ji spatřily asi jen dvě desítky lidí. Na prahu třetího tisíciletí dokázal britský historik a psychoanalytik Sonu Shamdasani přesvědčit Jungovy potomky, aby umožnili její vydání.
V roce 2009 vyšla kniha poprvé v angličtině. České vydání spatřilo světlo světa na podzim roku 2010. Co ukrývala celé půl století?
Mgr. Pavel Zach, psychoterapeut: Ono se vědělo, že ta kniha existuje, obklopovaly ji takové dohady, jako čím to, že není vydaná, vědělo se, že ji vlastní rodina Jungova, nějakou dobu se spekulovalo o tom, že to možná je příliš soukromé téma, a proto ji rodina nechce pustit k publikaci.
Jeho učitelem a blízkým přítelem je zakladatel psychoanalýzy Sigmund Freud. Junga považuje za svého nástupce a pokračovatele. Jung ale stále více cítí, že Freudovo pojetí psychoanalýzy mu nestačí. Chce hledat vlastní cesty a s Freudem se názorově i lidsky rozchází. Konec přátelství s Freudem Jung prožívá těžce. Navíc se blíží první světová válka. Jung propadá do osobní krize, která podle názoru některých jeho životopisců hraničí se schizofrenií.
Jako terapii začne psychoanalytik psát osobní deník plný vizí a neuvěřitelných obrazů, zapisuje do něj své sny a snaží se je vykládat. Spis nazývá Liber Novus – Nová kniha. Protože je vázaný v červené kůži, vstoupí do obecného povědomí jako kniha Červená. Při psaní používá gotické písmo a vše doplňuje vlastními barevnými ilustracemi.
Zdeněk Jančařík, šéfredaktor nakladatelství Portál: Je to vlastně Jungova sebeanalýza. On tomu říkal „selbst experiment“, to znamená experiment sám na sobě.
Jung objevuje to, co se stane základem jeho teorie – kolektivní nevědomí. Nezavrhuje Freudův výklad. Jenom ho rozšiřuje. Zjišťuje, že v lidské duši je i něco, co tam vlastně nepatří, co se tam nedostalo během života. Je to jakási společná zkušenost lidského druhu. V historii se zjevovala v různých náboženských a mytologických obrazech. V postavách podobných těm, se kterými se Jung setkává při psaní Červené knihy.
Zdeněk Jančařík, šéfredaktor nakladatelství Portál: Je to tak trošku psáno, jakoby Jung vypnul racionalitu a psal automatický text, jakoby to, co viděl uvnitř sebe ve svých nočních vizích – a on měl taky denní vize – tak to všechno napsal do této knížky, bez nějakého přílišného korigování vědomím.
Možná právě proto sám Jung knihu nikdy nevydal. A možná právě proto se zveřejněním jejího obsahu váhali i jeho dědicové.
Částice neutrino – příliš malé, příliš rychlé.
Částice Higgsův boson – příliš vlivný, příliš nepolapitelný.
FYZIKA: Neutrina a Higgsův boson
Velký problém loni opět způsobila elementární částice neutrino, vznikající při jaderných reakcích.Neutrina, přicházející ze Slunce, začali vědci měřit v roce 1960. K jejich zachycení umístili hluboko do podzemí obří nádrže s vodou. Většina neutrin nádržemi samozřejmě prošla přímo, aniž byla zachycena.
Přesto ve velice vzácných případech, které se však daly statisticky zaznamenat, neutrino interagovalo s protonem z molekul vody. Vzniklé gama záření zachytily připravené scintilátory. K velkému překvapení vědců tento objev vedl k nové záhadě, obklopující neutrina. Tato záhada začala být známa jako problém slunečních neutrin.
Michael: V podstatě, Filipe, vědci zjistili, že počet neutrin odpovídal jen třetině až polovině předpokládaného množství.
Filip: Co bylo příčinou této nesrovnalosti? Kdepak ta neutrina jsou?
Michael: The solution came thirty years later with the discovery that neutrinos exist as three different types, called flavours: electron, muon and tau neutrino flavour. Scientists measuring the neutrinos from the Sun could only detect one type, one flavour of neutrino. So the neutrions were there, but we just couldn’t detect them.
Řešení přišlo o třicet let později s objevem, že neutrina existují ve třech odlišných podobách, nazvaných „vůně“: neutrino elektronové, mionové a tauonové. Když vědci měřili neutrina ze Slunce, zachytili pouze jediný jejich druh. Další neutrina tam byla také, ale my jsme je nebyli schopni zjistit.
Filip: Následující výzkum ukázal, že jakékoli neutrino ve skutečnosti přechází mezi třemi různými typy neboli vůněmi, jak říkají fyzikové.
Těmto přechodům se říká neutrinové oscilace a mají závažný důsledek: Aby částice mohla oscilovat, nemůže mít nulovou hmotnost.
Filip: A s hmotností neutrin úzce souvisí otázka jejich rychlosti.
Michael: Ano, pokud neutrina podle Einsteinovy teorie relativity nemají žádnou hmotnost, pak se musejí – musejí – pohybovat rychlostí světla. Když ale nějakou hmotnost mají, i když nepatrnou, rychlost světla dosáhnout nemohou. Nemohou.
Proto v posledních týdnech zavládlo to velké vzrušení mezi fyziky, kteří se účastní na projektu OPERA ve švýcarském CERN a italském Gran Sassu. Na supercitlivých a superpřesných detektorech opakovaně zachytili důkaz, že se neutrina pohybují rychleji než samotné světlo. Celkem bylo zaznamenáno 16 111 případů, kdy neutrina, vyslaná z urychlovače v ženevském CERN dorazila do detektorů v italském Gran Sassu o 61 nanosekund dříve, než by odpovídalo fotonům světla.
Vědci k tomu mají několik vysvětlení. Zaprvé: experiment je vadný a je nutné počkat, až ho prověří jiné pokusy. Zadruhé: experiment je správný a měli by se začít vymýšlet takové koncepty, které by nenarušily základní dogmata teoretické fyziky. Zatřetí: Je třeba sáhnout na dogma teoretické fyziky, tedy na speciální relativitu.
Vědci se nyní rozhodli čekat na další experimenty.
Počkat si ještě budeme muset i na definitivní dopadení Higgsova bosonu. Vědci ve švýcarském CERNu hledají i tuto částici. Mimo jiné kvůli ní postavili velký hadronový srážeč – LHC. Letos během dvou experimentů už spatřili náznaky Higgsova bosonu. Důkaz však zatím není statisticky průkazný.
Bez Higgsova pole by částice neměly vůbec žádnou hmotnost. Pohybovaly by se rychlostí světla a nemohly by tvořit žádná hmotná tělesa. Higgsovo pole však vyplňuje celý vesmír, takže částice mohou nabývat své hmotnosti tím, že na sebe s polem vzájemně působí. Srážkou dvou protonů je možné vytvořit excitaci v poli, která se nazývá Higgsův boson. Ten se sice rychle rozloží na jiné částice, ty je ale možné změřit detektory.
Higgsův boson je jediná elementární částice z takzvaného Standardního modelu vesmíru, kterou jsme zatím nepozorovali. Přitom odpovídá na základní otázky dnešní fyziky a vesmíru vůbec. Vědci ale předpokládají, že už v příštím roce by se jim odhalení Higgsova bosonu mohlo podařit. Přejeme jim hodně štěstí!
Autoři: Šárka Speváková, Marek Janáč, Tereza Pultarová, Bára Kopecká, Kateřina Borecká, Jan Oraský