Vídeň | Svět2000

Nová metoda TU Vídeň odhalila záhadu pomalých elektronů

28. 5. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 3 min read 463 Zobrazení Evropa, léčba rakoviny, mikroelektronika, pomalé elektrony, rakovina, rychlé elektrony, Technická univerzita, Vídeň

Fyzika-matematika Nové Technologie Výzkum

Pomalé elektrony se používají při terapii u rakoviny i v mikroelektronice. Pozorovat ale jak se chovají v pevných látkách, je obtížné. Na Technické univerzitě ve Vídni je to nyní možné, a to pomocí triku.

Elektrony se mohou chovat velmi odlišně v závislosti na tom, kolik energie mají. Zda vystřelíte elektron s vysokou nebo nízkou energií do pevné látky, určuje, jaké efekty to může vyvolat. Elektrony s nízkou energií mohou být zodpovědné za vznik rakoviny. Ale i naopak. Mohou být použité k ničení nádorů. Význam mají i technologicky, například pro výrobu jemných struktur v mikroelektronice.

Měřit pomalé elektrony, je extrémně obtížné. Chování pomalých elektronů v pevných materiálech, je odhalovaná metodou pokusu a omylu. Na Technické univerzitě ve Vídni se však nyní podařilo získat nové cenné informace o chování těchto elektronů. Rychlé elektrony se používají ke generování pomalých elektronů přímo v materiálu. To nám umožňuje dešifrovat detaily, které byly dříve experimentálně nepřístupné. Novou metou představili vědci v časopise „Physical Review Letters“.

Dva typy elektronů současně

„Zajímá nás, co dělají pomalé elektrony uvnitř materiálu. Například uvnitř krystalu nebo uvnitř živé buňky,“ říká prof. Wolfgang Werner z Institutu aplikované fyziky na TU Vídeň. „Abyste to zjistili, museli byste vlastně postavit minilaboratoř přímo v materiálu, abyste mohli měřit přímo na místě. Ale to samozřejmě není možné.“

Můžete měřit pouze elektrony, které vycházejí z materiálu. Ale stále nevíte, kde se v materiálu uvolnily a co se s nimi od té doby stalo. Tým z TU Wien tento problém vyřešil pomocí rychlých elektronů, které pronikají do materiálu a stimulují tam různé procesy. Mohou například narušit rovnováhu mezi kladnými a zápornými elektrickými náboji v materiálu. Což pak může způsobit, že se další elektron přesune ze svého místa. Pohybuje se relativně nízkou rychlostí a v některých případech z materiálu unikne.

Zásadním krokem je nyní měření těchto různých elektronů současně. „Na jedné straně vystřelíme elektron do materiálu a změříme jeho energii, když se znovu vynoří. Na druhou stranu zároveň měříme, které pomalé elektrony vycházejí z materiálu.“ A kombinací těchto dat lze získat informace, které byly dříve nedostupné.

*Felix Blödorn, Julian Brunner, Alessandra Bellissimo, Florian Simperl, Wolfgang WernerHrají: Felix Blödorn, Julian Brunner, Alessandra Bellissimo, Florian Simperl, Wolfgang Werner*.

Není to divoká kaskáda, ale série kolizí

Množství energie, kterou rychlý elektron ztratil na své cestě materiálem, poskytuje informaci o tom, jak hluboko materiálem pronikl. To zase poskytuje informaci o hloubce, ve které byly, pomalejší elektrony, ze svého místa uvolněny.
Z těchto údajů nyní můžete vypočítat, do jaké míry a jakým způsobem uvolňují pomalé elektrony v materiálu svou energii. Numerické teorie mohou být konečně, pomocí dat, poprvé spolehlivě ověřeny.

Došlo k překvapení. Dříve se předpokládalo, že uvolňování elektronů v materiálu, probíhá kaskádovitě. Rychlý elektron vstoupí do materiálu. Narazí do jiného elektronu. A ten, je ze svého původního místa, vyražený ven. Takže dva elektrony nyní letět dál. Tyto dva elektrony by nyní vytlačily další dva elektrony ze svého místa a tak dále. Nová data ukazují, že to není pravda. Namísto toho rychlý elektron podstoupí řadu srážek. Ale vždy si zachová velkou část své energie a při každé z těchto interakcí se ze svého místa uvolní pouze jediný, poměrně pomalý elektron.

„Naše nová metoda nabízí příležitosti ve velmi odlišných oblastech,“ říká Wolfgang Werner. „Nyní můžeme konečně prozkoumat, jak elektrony uvolňují energii při jejich interakci s materiálem.“ Právě tato energie rozhoduje například v terapii rakoviny o tom, zda lze zničit nádorové buňky. Nebo v elektronové litografii o tom, zda je možné vytvořit správně nejjemnější detaily polovodičové struktury.“

Článek byl upraven z tiskové zprávy Technické univerzity ve Vídni. Odborná publikace: W. Werner a kol., Dissipation of Fast Electrons in Polymethylmethakrylát.Toward a Universal Curve for Electron-Beam Attenuation in Solids mezi ~0 eV a Relativistic Energies, Phys. Rev. Lett. 132, 186203 (2024).

Vědci z Vídeňské univerzity objevili přírodní 3D tisk u štětinových červů

14. 5. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 3 min read 368 Zobrazení 3D tisk, exoskeletony, Florian Raibl, hmyz, interdisciplinární studie, laboratoř Maxe Perutze, Masarykova univerzita Brno, molekulárním biolog, příroda, štětinoví červi, tvorba štětin, Vídeň, Vídeňská univerzita

Nové Příroda/Fauna Technologie Věda

**LARVA MOŘSKÉHO KROUŽKOVCE PLATYNEREIS DUMERILII, RASTROVACÍ ELEKTRONOVÝ MIKROFOTOGRAFIE (MĚŘÍTKO VELIKOSTI: 100 ΜM**).

Nová interdisciplinární studie vedená molekulárním biologem Florianem Raiblem z laboratoří Maxe Perutze na Vídeňské univerzitě poskytuje vzrušující pohledy na štětiny mořského kroužkovitého červa Platynereis dumerilii. Tvorbu štětin řídí specializované buňky, tzv. chaetoblasty. Jejich způsob fungování je až překvapivě podobný jako u technické 3D tiskárny.

Projekt publikovaný AAAS v Eureka Alert, je výsledkem spolupráce s výzkumníky z Helsinské univerzity, Vídeňské technické univerzity a Masarykovy univerzity v Brně. Studie byla nedávno publikována v renomovaném časopise Nature Communications.

Podle Vídeňské univerzity, nabízí lepší pochopení tohoto procesu přirozené tvorby, potenciál pro technický rozvoj.

Chitin je primárním stavebním materiálem jak pro exoskeleton hmyzu, tak pro štětiny štětinových červů, jako je mořský kroužkovec Platynereis dumerilii. Štětinatci však mají poněkud měkčí chitin – tzv. beta chitin, který je zajímavý zejména pro biomedicínské aplikace. Štětiny umožňují červům pohybovat se ve vodě. Jak přesně se chitin formuje do odlišných štětin, zatím zůstává záhadou.

Nová studie nyní poskytuje vzrušující pohled na tuto speciální biogenezi. Florian Raible vysvětluje: „Proces začíná špičkou štětiny, následuje střední část a nakonec základna štětin. Hotové části jsou vytlačovány dále a dále z těla ven. V tomto vývojovém procesu jsou důležité funkční jednotky, které jsou vytvářeny jeden po druhém, kus po kusu, což je podobné 3D tisku.“

Lepší pochopení procesů, jako jsou tyto, má také potenciál pro vývoj budoucích lékařských produktů nebo pro výrobu přirozeně rozložitelných materiálů. Beta-chitin z dorzální schránky olihně se v současnosti používá jako surovina pro výrobu zvláště dobře snášených obvazů na rány. „Možná v budoucnu bude možné použít k výrobě tohoto materiálu také buňky annelid,“ říká Raible.

Různé segmenty štětin mořského kroužkovce Platynereis dumerilii. 3D rekonstrukce z více než 1000 elektronových mikrofotografií. Čepel (vlevo), čepel s kloubem (uprostřed), hřídel (vpravo).

Přesné biologické pozadí: takzvané chaetoblasty hrají v tomto procesu ústřední roli. Chaetoblasty jsou specializované buňky s dlouhými povrchovými strukturami, tzv. mikroklky. Tyto mikroklky obsahují specifický enzym, o kterém by výzkumy mohly prokázat, že je zodpovědný za tvorbu chitinu, materiálu, ze kterého jsou nakonec vyrobeny štětiny. Výsledky vědců ukazují dynamický buněčný povrch charakterizovaný geometricky uspořádanými mikroklky.

Jednotlivé mikroklky mají podobnou funkci jako trysky 3D tiskárny. Florian Raible vysvětluje: „Naše analýza naznačuje, že chitin je produkován jednotlivými mikroklky buňky chaetoblastu. Přesná změna počtu a tvaru těchto mikroklků v průběhu času je proto klíčem k tvarování geometrických struktur jednotlivých štětin, např. jako jednotlivé zuby na špičce štětin, které jsou přesné až do submikrometrového rozsahu.“ Štětiny se obvykle vyvinou během pouhých dvou dnů a mohou mít různé tvary; v závislosti na stádiu vývoje červa jsou kratší nebo delší, špičatější nebo plošší.

*Srovnání mezi „biologickým“ (vlevo) a „technologickým“ 3D tiskem (vpravo).*

Vedle lokální spolupráce s Vídeňskou technickou univerzitou a zobrazovacími specialisty z brněnské univerzity se pro výzkumníky z Vídeňské univerzity ukázala jako velký přínos spolupráce s laboratoří Jokitalo na Helsinské univerzitě. S využitím svých odborných znalostí v sériové blokové rastrovací elektronové mikroskopii (SBF-SEM) výzkumníci zkoumali uspořádání mikroklků v procesu tvorby štětin a navrhli 3D model pro syntézu tvorby štětin. První autor Kyojiro Ikeda z Vídeňské univerzity vysvětluje: „Standardní elektronová tomografie je velmi pracná, protože řezání vzorků a jejich zkoumání v elektronovém mikroskopu se musí provádět ručně. S tímto přístupem však můžeme spolehlivě automatizovat analýza tisíců vrstev.“

**První autor Kyojiro Ikeda a vedoucí studie Florian Raible (zleva doprava).**

Skupina Raible v současné době pracuje na zlepšení rozlišení pozorování, aby bylo možné odhalit ještě více podrobností o biogenezi štětin.

* Kyojiro N. Ikeda ,Ilya Belevich ,Luis Zelaya-Lainez ,Lukáš Orel ,Josef Füssl ,Jaromír Gumulec ,Christian Hellmich ,Eija Jokitalo &Florián Raible

Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Nature Comunnications: DOI10.1038/s41467-024-48044-3.

Záhadná pandemie spavé nemoci na počátku 20. století

18. 10. 2023 Tomáš Pokorný 0 komentářů 6 min read 403 Zobrazení encephalitide lethargica, Francie, Hitler, Londýn, nervová porucha, podzim, Rusko, španělská chřipka, spavá nemoc, SSSR, Vídeň

Dějiny Medicína Zajímavosti

Na začátku 20. století postihla mnoho zemí pandemie záhadné spavé nemoci. Lidé jí postižení byli neustále ospalí a upadali do stavu podobného lékařskému kómatu po dobu několika týdnů nebo dokonce měsíců, píše Tech Insider. Nemoc měla velmi vysokou úmrtnost, 20 až 40 %. A ti, kteří přežili, byli v drtivé většině neschopni jakékoli smysluplné činnosti. Příčiny nemoci nebyly dosud zjištěny.

Neodolatelná ospalost

Podle archivních údajů byly příznaky spavé nemoci poprvé pozorovány v 17. století v Londýně. Nemoc se projevila až v zimě roku 1916, kdy se začala šířit do Vídně a dalších evropských měst, a to po dobu dvou a půl století.

Existuje předpoklad, že vypuknutí nemoci souvisí s epidemií španělské chřipky, která se ve světě rozšířila na počátku XX. století. Vědci však nedospěli k jednotnému závěru: zda oslabené španělské organismy nedokázaly novému viru odolat, nebo zda byla spavá nemoc následnou komplikací chřipky.

První případy nového onemocnění byly zaznamenány v zimě a na jaře 1916 v Rakousku-Uhersku a ve Francii. Vzhledem ke zvláštnostem válečné doby (uzavřené hranice, přísná cenzura, nedostatek lékařů) však byly všechny léčeny odděleně a až později byly vzájemně propojeny.

Nemoc se mohla projevovat diametrálně odlišnými způsoby: nemocní upadali do dlouhého spánku, nebo naopak trpěli chronickou nespavostí.

Začátek onemocnění připomínal běžnou chřipku: horečka, zimnice, bolesti těla a další příznaky typické pro chřipku. Po několika dnech se člověk stal nesnesitelně ospalým, a to i během dne. Pacienti se probouzeli, ale po několika minutách opět usínali. Tento nezdravý spánek mohl trvat i několik týdnů. Pacienti měli také kardiovaskulární poruchy, nepravidelnou dechovou frekvenci a rytmus, mimovolné svalové kontrakce a zjevnou změnu vědomí.

Akutní fáze trvala asi tři měsíce, v tomto období zemřela přibližně třetina pacientů a většina z těch, kteří se uzdravili, byla tehdejšími novinami označována jako duchové, jelikož se nemohli vrátit do normálního života. Nemluvili a neprojevovali jakékoli emoce. Někdy se zdálo, že ožívají a chvíli to vypadalo, že nemoc ustoupila, ale pak se oběti pandemie vrátily do stejného stavu.

Spavou nemoc často provázela zvláštní nervová porucha. Pacient náhle obrátil oči v sloup a po nějakou dobu (několik minut až několik hodin) je nemohl vrátit do normální polohy. V tomto ohledu se někteří badatelé domnívají, že touto nemocí kdysi trpěl Adolf Hitler, který při veřejných projevech často nedobrovolně koulel očima.

Neznámý virus

K jednomu z prvních vypuknutí nové pandemie došlo počátkem roku 1916 u Verdunu, kde se během války francouzským jednotkám podařilo odrazit rozsáhlou německou ofenzívu. Město se změnilo v pevnost, vojenské operace si podle různých zdrojů vyžádaly až milion obětí na obou stranách.

Francouzští i němečtí lékaři objevili vznik nové nemoci, o níž se předpokládá, že je způsobena příchodem koloniálních jednotek. Navíc byly často pozorovány podivné příznaky u zraněných, kteří byli posláni do týlu, kde mohli nakazit další lidi.

Francouzský lékař Jean Rene Cruchet se podílel na výzkumu mozku. Když k němu přišel první pacient se spavou nemocí, lékař zpočátku předpokládal, že pacient pociťuje následky použití yperitu na bojišti.

Ale brzy začala být spavá nemoc zjišťována u civilistů, kteří neměli s frontou nic společného. Na kliniky se doslova hrnul proud pacientů, zdánlivě s různými příznaky: schizofrenie, demence, slintání. Přitom všichni neustále usínali.

V dubnu 1917 rakouský neurolog Constantin von Economo, který pracoval v psychiatrické léčebně ve Vídni, podrobně popsal novou nemoc, kterou nazval letargickou encefalitidou (nemoc se také nazývala Economova encefalitida a Cruchetova nemoc – posledně jmenovaný publikoval tzv. článek podobného obsahu dva týdny po rakouském neurologovi). Oba lékaři uvedli, že nemoc se přenáší vzdušnými kapénkami, tedy jejím původcem je nějaký dosud neznámý virus. Onemocnění postihuje šedou hmotu mozkovou a způsobuje, že lidé upadají do letargického stavu.

Léky nepomáhaly

Připomeňme, že v té době ještě neexistoval penicilin a jeho deriváty a virová onemocnění se léčila aspirinem nebo morfinem. Ale tyto léky pomohly jen málo s letargickou encefalitidou.

K nové nemoci byly náchylné všechny vrstvy společnosti bez ohledu na věk a životní styl. Lékaři prostě nevěděli, jak se nemoci bránit a pandemie neustále narůstala. Na počátku 20. let přesáhl počet obětí letargické encefalitidy jeden milion. Smrt na spavou nemoc nastala buď ve stavu kómatu, nebo naopak při chronické nespavosti.

V uzavřených komunitách (například v malých odlehlých osadách) byly pravidelně zaznamenávány hromadné infekce, ve městech onemocněly celé rodiny a těhotné ženy přenášely nemoc na své novorozence. Inkubační doba a další příznaky se však výrazně lišily.

Lékařské publikace o encephalitide lethargica byly krajně pesimistické: lékaři připouštěli, že stávající léky nepomáhají vyrovnat se s nemocí a v případě zjevného úspěchu má pacient fatální následky.

Preventivní opatření

Na území bývalého ruského impéria se začaly případy letargické encefalitidy zaznamenávat na podzim roku 1918, kdy byli pacienti s tímto onemocněním přijímáni do léčebných ústavů v Charkově, Kyjevě a Oděse. Později, na počátku 20. let 20. století, se nemoc začala šířit na další území. Například v březnu 1921 byl v provincii Nižnij Novgorod pozorován první pacient s letargickou encefalitidou a během následujících tří let jí onemocnělo 18 mužů a 13 žen.

V Moskvě se nosiči nové infekce objevili v září 1922 a již na začátku roku 1923 byl podle Michaila Margulise, profesora katedry nervových chorob Moskevské univerzity, počet případů v hlavním městě u100 lidí.

Podle dokumentů z archivu nemocnice Staro-Ekaterininskaya (nyní Moskevský regionální výzkumný klinický ústav) zemřel každý čtvrtý pacient s touto diagnózou. „Encefalitida není nemoc proletářských tříd: pacienti se rekrutují ze všech úrovní společnosti,“ poznamenal profesor Margulis. Napsal, že nemoc může mít různé projevy, ale nejčastější byla letargická forma: pacienti upadli do spánku, který mohl trvat týdny a měsíce. Pacienti měli zároveň zvýšenou tělesnou teplotu. Dali se probudit, ale usnuli i při jídle. U mnoha pacientů došlo k paralýze očních svalů, poklesu očních víček a v některých případech se vyvinul strabismus. Aby se ochránili před infekcí, doporučil Margulis Moskvanům, aby používali stejná ochranná opatření jako u jiných infekčních nemocí. Důraz byl kladen na posílení imunitního systému, zlepšení stravy, přiměřenou fyzickou aktivitu a pravidelné lékařské prohlídky.

Jeden a půl milionu životů

Je známo, že v SSSR byla vytvořena komise pro studium letargické encefalitidy. Na základě klinických pozorování byly publikovány monografie slavných lékařských vědců (Nikolai Chetverikov, Alexander Grinshtein a další) a také kolektivní lékařské sbírky. Lékaři z východu stejně jako jejich západní kolegové nedokázali nabídnout žádné účinné metody léčby. I když výzkum odhalil novou okolnost: onemocnění bylo sezónní, s nejvyšším výskytem v chladném období, stejně jako u viru chřipky.

Za zmínku stojí, že poslední velké ohnisko bylo zaznamenáno na postsovětském území. V roce 2014 onemocnělo 33 obyvatel vesnic Kalači a Krasnogorskij v Akmolské oblasti Kazachstánu. Orgány republiky tuto skutečnost spojovaly s tím, že se v blízkosti těchto osad kdysi těžila uranová ruda. Všichni obyvatelé osad byli přemístěni na jiná místa.

Další hromadné případy letargické encefalitidy nebyly nikde na světě zaznamenány.

Žáby předstírají smrt, aby se vyhnuly sexu s nepřitažlivými samci

11. 10. 2023 Tomáš Pokorný 0 komentářů 3 min read 792 Zobrazení předávání genů, předstírání, smrt, thanatóza, tonická nehybnost, Vídeň, žáby

Příroda/Fauna TOP 10 Zajímavosti

V divokém světě přírody, kde je jediným cílem organismu uspět při předávání svých genů za každou cenu, není divu, že mnoho druhů má agresivní, a dokonce smrtící chování při páření, píše NEW ATLAS.

Ale nyní se tabulka obrací v rámci sexuální dynamiky jednoho takového druhu, evropské žáby obecné (Ranat emporaria), s výzkumníky vedenými Carolin Dittritchovou z Ústavu etologie Konrada Lorenze ve Vídni, kteří náhodou objevili, jak samice předstírají svou vlastní smrt, aby se vyhnuly páření s nežádoucím samcem. Vyvrací to domněnky, že samčí hromada, k níž často dochází během těchto rozmnožovacích řádění, je něco, nad čím nešťastné samice žab nemají žádnou autonomii.

Tento akt tonické nehybnosti neboli thanatózy je adaptovaný akt klamu, který druhy kořisti používají v přítomnosti predátora. Nedávno byli vědci překvapeni, když pozorovali thanatózu iniciovanou celou kolonií mravenců Polyrhachis femorata na ostrově Kangaroo v Austrálii, kdy byla poprvé spatřena toto kolektivní „hra na smrt“. Bylo však pozorováno pouze několikrát u vnitrodruhového sexuálního chování.

Během intenzivních, zuřivých a zběsilých skupinových páření známých jako explozivní chov – termín, který ponechává jen málo na představivosti – je známo, že samci žab obtěžují, zastrašují a pokoušejí se fyzicky přemoci samice, obvykle ve vodě, což může vést k smrti jednoho nebo obou zvířat.

Samice však vymyslely mazanou strategii, jak se vyhnout obtěžování ze strany nežádoucích družeb a přesvědčit své otravné nápadníky, že jsou mrtvé. Koneckonců, mrtvá samice není místem, kde by muž plýtval energií na předávání své drahocenné části genů. Tento styl tonické nehybnosti související s pářením byl pozorován pouze u jednoho dalšího obojživelníka, čolka ostrožeberného (Pleurodeles waltl).

„Pozorovali jsme tři samičí vyhýbavé chování, jmenovitě ‚rotování‘, ‚volání uvolnění‘ a tonickou nehybnost,“ poznamenali vědci. „Otáčení“ jsme definovali jako samici, která se začne otáčet kolem své vlastní osy těla, když je napojena na samce, zatímco samec se snaží rotaci čelit zadníma nohama.“

Vědci pozorovali dvě volání samice – zavrčení a skřípění – a u asi 33 % zvířat viděli, jak žába hraje roli svého života, ztuhnou jí končetiny a hraje mrtvou, čímž posílá svému nešťastnému milovanému partnerovi přesvědčivou zprávu. Naštěstí díky vysokým nákladům na energii spojenou s tvorbou spermií a pářením tento počin hodný Oscara stačí na to, aby ztratila jeho dříve plnou pozornost. (Vždyť, jak se říká, žab je v jezírku mnohem víc.)

Zatímco většina pozorovaných samic (83 %) využila techniku setřesení, kdy se samcem sevřeným tělem ve vodě otáčela, což potenciálně testuje sílu jejího nápadníka a také ho činí zranitelnějším vůči utonutí, třetina – zvláště žáby s menším tělem – stále prošla thanatózou se značným úspěchem.

Mezitím si vědci nejsou zcela jisti, proč si samice toto chování přizpůsobily; samci žáby neposkytují žádnou rodičovskou péči ani nepomáhají bránit zdroje, takže výběr má pro žábu jen malou výhodu. Pokud jde o argument „test síly“, větší samci nemají lepší úspěšnost páření než menší žáby.

Toto chování je obzvláště zvláštní, vezmeme-li v úvahu, že běžnější adaptací je fyziologická evoluce, která má čelit agresivní mužské kopulaci. Například mnoho vodního ptactva má společně vyvinuté rysy, aby se bránily proti samcům, kteří si selektivně vyvinuli účinnější reprodukční orgány. Patří mezi ně vaginální slepé „kapsy“ k odfiltrování spermatu od nežádoucích partnerek, stejně jako propracované vzory, jako jsou spirály, které působí proti vývrtce podobnému vzoru mužského penisu.

A i když taktika žab nebyla spolehlivá, s pouhými 46% úspěšností útěku pro ty v pevném sevření agresivních samců, hraní na mrtvého je pravděpodobně o něco rychlejší zvládnout než evoluci.

Studie byla publikována v časopise Royal Society Open Science

Zdroj: Leibnizův institut pro evoluci a vědu o biologické rozmanitosti