Περι Φυσικής-Χημείας-Βιολογίας?

[Δροσος Γεωργιος]

Μικρόβια μετατρέπουν το τοξικό μονοξείδιο του άνθρακα σε πολύτιμο βιοκαύσιμο.

Τα μικρόβια παίζουν κρίσιμο ρόλο σε όλους τους βιοχημικούς κύκλους της Γης

Τα μικρόβια πεινούν. Όλη την ώρα. Και ζουν παντού, σε τεράστιους αριθμούς. Μπορεί να μην τα βλέπουμε με γυμνό μάτι, αλλά βρίσκονται σε χώματα, λίμνες, ωκεανούς, υδροθερμικές οπές, στα σπίτια μας, ακόμη και μέσα και πάνω στο σώμα μας. Και δεν κάνουν απλώς παρέα. Πάντα τρώνε. Όλα μαζί τρώνε τόσο πολύ που επηρεάζουν τους βιοχημικούς κύκλους ολόκληρου του πλανήτη.Πολλά από τα μικρόβια που ζουν στον πλανήτη μας κάνουν ό,τι μπορούν για να διατηρήσουν αυτούς τους κύκλους σε τέλεια ισορροπία. Ωστόσο είναι γεγονός, ότι οι ανθρώπινες παρεμβάσεις έχουν αλλάξει σημαντικά την ισορροπία κάποιων κύκλων.Αυτό ακούγεται μάλλον ζοφερό – και εν μέρει είναι. Είναι ώρα για αλλαγή. Και το κλειδί για την αλλαγή μπορεί να βρίσκεται στο απλό χαρακτηριστικό που μοιραζόμαστε με κάθε ζωντανό οργανισμό στη Γη.Όλα χρειάζονται τροφή, από τα πιο μικροσκοπικά μέχρι τις μεγαλύτερες μπλε φάλαινες. Για τα μικρόβια, η τροφή τους μπορεί να περιλαμβάνει σχεδόν οτιδήποτε. Μερικά μικρόβια τρέφονται με μήλα, άλλα προτιμούν τα σάκχαρα του γάλακτος (λακτόζη) και μας βοηθούν να φτιάξουμε γιαούρτι και τυρί. Και σε πολλά, πολλά μικρόβια αρέσει να τρώνε απορρίματα.Αυτό είναι εξαιρετικά βολικό όταν πρόκειται για τον καθαρισμό των λυμάτων μας, για παράδειγμα. Δισεκατομμύρια μικρόβια στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων καταβροχθίζουν ευτυχώς όλα τα θρεπτικά συστατικά στο νερό που ξεπλένεται στις αποχετεύσεις μας. Αυτό μειώνει τον κίνδυνο να αρρωστήσουμε και συμβάλλει στη βελτίωση της ποιότητας των επιφανειακών υδάτων.Ορισμένα μικρόβια στον πλανήτη μας μπορούν να μετατρέψουν την τροφή τους σε καύσιμα μας. Και τρέφονται επίσης με απόβλητα. Υπάρχουν μικρόβια που παράγουν καύσιμα τρώγοντας μονοξείδιο του άνθρακα – ένα εξαιρετικά τοξικό αέριο που παράγεται, μεταξύ άλλων, κατά την παραγωγή χάλυβα.Η βιομηχανία χάλυβα παράγει περίπου 2 δισεκατομμύρια τόνους χάλυβα ετησίως και το μονοξείδιο του άνθρακα αποτελεί μεταξύ 20% και 30% των καυσαερίων της. Αυτά τα απόβλητα μονοξειδίου του άνθρακα καίγονται προς το παρόν για να παραχθεί διοξείδιο του άνθρακα.Λιγότερο τοξικό, αλλά αρκετά επιβλαβές ακόμα. Αλλά τα μικρόβια που καταναλώνουν μονοξείδιο του άνθρακα θα μπορούσαν να μετατρέψουν αυτές τις τεράστιες ποσότητες απαερίων σε πράσινο καύσιμο.

Μικροί χημικοί

Τα μικρόβια που καταναλώνουν μονοξείδιο του άνθρακα που μελέτησε κατά τη διάρκεια του διδακτορικού της μπορούν να παράγουν αιθανόλη, ένα βιοκαύσιμο που έχει ήδη αναμειχθεί σε κανονικά καύσιμα για αρκετές δεκαετίες για να τα κάνει λίγο πιο πράσινα.Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της βιοαιθανόλης στον κόσμο παράγεται από καλλιέργειες τροφίμων. Αυτό έχει προκαλέσει συζήτηση σχετικά με την ιεράρχηση των καυσίμων έναντι των τροφίμων – θα έπρεπε πραγματικά να χρησιμοποιούμε καλλιέργειες για να τροφοδοτούμε τα αυτοκίνητά μας, όταν ένα σημαντικό μέρος του παγκόσμιου πληθυσμού λιμοκτονεί;Ευτυχώς, οι μικροσκοπικοί φίλοι μας που τρώνε μονοξείδιο του άνθρακα μπορούν να παράγουν αιθανόλη από απαέρια. Η Maximilienne Toetie Allaart, μεταδιδακτορική Ερευνητής στην Έρευνα Μικροβιώματος του Εντέρου, Πανεπιστήμιο του Tübingen για να μελετήσει αυτά τα μικρά μικρόβια, τα άφησε να αναπτυχθούν σε γυάλινα δοχεία 3 λίτρων που ονομάζονται βιοαντιδραστήρες. Κάθε βιοαντιδραστήρας περιείχε φυσαλίδες πολύτιμου μονοξειδίου του άνθρακα που χρησιμοποιούν τα μικρόβια μου ως πηγή τροφής.Έλεγχε πόσο μονοξείδιο του άνθρακα μπορούσαν να φάνε και πόσο γρήγορα μεγάλωναν. Θα μπορούσε να προσθέσει επιπλέον προμήθειες τροφής ή να συγκρίνει πώς αντιδρούν τα μικρόβια σε ξαφνικούς κραδασμούς μονοξειδίου του άνθρακα ή σε μια συνεχή, σταθερή ροή του. Με όλο αυτόν τον έλεγχο, θα μπορούσε να δοκιμάσει τα όρια της ικανότητας κατανάλωσης μονοξειδίου του άνθρακα των μικροβίων μου.Αλλά ακόμη και για τα μικρόβια που τρώνε μονοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να είναι τοξικό. Στην ουσία, αυτό συμβαίνει επειδή δεν μπορούν πραγματικά να επιλέξουν αν θέλουν να φάνε το μονοξείδιο του άνθρακα ή όχι. Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα είδος νταής. Αν είναι εκεί, πρέπει να το φάνε. Όπως ακριβώς η δεσποινίς Trunchbull που αναγκάζει τον καημένο τον Bruce να φάει ολόκληρο το κέικ σοκολάτας στη Matilda του Roald Dahl.Όπως και ο Bruce, οι καταναλωτές μονοξείδιου του άνθρακα είναι ανθεκτικοί. Αν η πίεση του μονοξειδίου του άνθρακα γύρω τους γίνει πολύ υψηλή, το αντιμετωπίζουν μετατρέποντας το μονοξείδιο του άνθρακα σε αιθανόλη. Είναι βολικό, γιατί αυτό σημαίνει ότι αν αφήσουμε αυτά τα μικρόβια να αναπτυχθούν σε υψηλές πιέσεις μονοξειδίου του άνθρακα, θα παράγουν πολλή αιθανόλη για εμάς.Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί και στον πραγματικό κόσμο. Μια εταιρεία που εδρεύει στις ΗΠΑ με την ονομασία LanzaTech μετατρέπει τα χαλυβουργεία από αέριο και άλλα ρεύματα αποβλήτων σε βιοαιθανόλη σε εργοστάσια πλήρους κλίμακας. Κι όλα αυτά γίνονται δυνατά από μικρόβια, μικροσκοπικούς χημικούς που δεν μπορούμε να δούμε ούτε με γυμνό μάτι.Τα μικρόβια είναι μικρά. Μπορούν όμως να επιφέρουν τεράστιες αλλαγές και να συμβάλλουν στην επαναχρησιμοποίηση των αποβλήτων. Ήρθε η ώρα να συμμετάσχετε μαζί τους στη μάχη.

Πηγή: https://www.huffingtonpost.gr/entry/mikrovia-metatrepoen-to-toxiko-monoxeidio-toe-anthraka-se-poletimo-viokaesimo_gr_671baf2ee4b0fdf4fef42fc7 – The Conversation

[Δροσος Γεωργιος]

Είναι η ανθρωπότητα πιο χαζή από μια αποικία ζυμομυκήτων;

Επιστήμη είναι η αυτογνωσία μέσα από την παρατήρηση της φύσης (1)

Η ζύμη ή μαγιά συνίσταται από τους πιο γνωστούς μονοκύτταρους οργανισμούς, τους ζυμομύκητες (Saccharomyces cerevisiae). Οι ζυμομήκυτες αν αφεθούν στην τύχη τους θα καταναλώσουν όλους τους διαθέσιμους πόρους και θα δηλητηριαστούν μεταξύ τους μέχρι να αφανιστούν. Είναι η ανθρωπότητα πιο έξυπνη από αυτούς;Με περισσότερους από 8 δισεκατομμύρια ανθρώπους να ζουν στον πλανήτη Γη (περάσαμε αυτό το όριο τον Νοέμβριο του 2022), ο πλανήτης μας είναι πιο ευάλωτος από ποτέ στις επιπτώσεις που έχουμε στο παγκόσμιο περιβάλλον. Σε αντίθεση με τους ζυμομήκυτες που καταναλώνουν αλόγιστα πόρους μέχρι να καταστήσουν το περιβάλλον τους ακατοίκητο, η ανθρωπότητα (υποτίθεται πως) έχει την ευφυΐα και την ικανότητα να αναλάβει συλλογική δράση για να αποφύγει μια τέτοια μοίρα. Το κάνει; Ή θα το κάνει εν καιρώ; Το μέλλον του είδους μας και του πολιτισμού μας εξαρτάται από τις αποφάσεις που θα πάρουμε στον 21ο αιώνα.Για οποιονδήποτε ζωντανό οργανισμό, η συνταγή της επιτυχίας είναι απλή: συγκεντρώνει τους πόρους που του επιτρέπουν να επιβιώσει και να ευημερήσει, αποφεύγει εχθρικά και τοξικά περιβάλλοντα και αναπαράγεται με τρόπο ώστε οι απόγονοί του να έχουν την ευκαιρία να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν. Από τα μονοκύτταρα βακτήρια μέχρι τα πολύπλοκα και εξελιγμένα φυτά και ζώα, παρότι ο μεταβολισμός και οι συνθήκες διαβίωσής τους είναι πολύ διαφορετικές, αυτή η συνταγή είναι στην πράξη καθολική.Ωστόσο, ακολουθώντας απλά αυτή τη συνταγή, γενιά με γενιά, προκύπτει συχνά μια ακούσια συνέπεια: η εξάντληση των απαραίτητων πόρων και η συσσώρευση αποβλήτων που προκύπτουν από τις μεταβολικές διεργασίες. Σε αρκετά μεγάλα χρονικά διαστήματα ή σε αρκετά μεγάλους πληθυσμούς, αυτό μπορεί να μετατρέψει ένα άφθονο περιβάλλον – που διέθετε ευνοϊκές συνθήκες για να επιβιώσει και να ευδοκιμήσει η ζωή – σε ένα εξαιρετικά μολυσμένο περιβάλλον χωρίς πόρους. Αυτός ο μετασχηματισμός καθιστά το οικοσύστημα, αφιλόξενο για τους οργανισμούς που επιβίωναν εκεί για κάποιο χρονικό διάστημα.Με πάνω από 8 δισεκατομμύρια ανθρώπους να κατοικούν στον πλανήτη Γη, κινδυνεύουμε να κάνουμε το ίδιο ακριβώς στο μοναδικό περιβάλλον που μας ενώνει όλους: την βιόσφαιρα του πλανήτη μας. Η επιβίωσή μας εξαρτάται πλέον από την ικανότητά μας να ενεργούμε συλλογικά για το δικό μας καλό, αλλά και των μακρινών απογόνων μας [Πρέπει να αγαπήσουμε ο ένας τον άλλο, ή να πεθάνουμε(2)]. Διαφορετικά, θα αποδειχτούμε, τελικά, ότι δεν είμαστε πιο έξυπνοι από μια απλή αποικία ζυμομηκύτων, οι οποίοι συνήθως (αυτο)δηλητηριάζονται μέχρι να εξαφανιστούν, αν αφεθούν στην τύχη τους.Ο ζυμομύκητας είναι ένας μονοκύτταρος ευκαριωτικός οργανισμός, που σημαίνει ότι σε αντίθεση με τα βακτήρια, διαθέτει κυτταρικό πυρήνα και καλά καθορισμένα οργανίδια ικανά να εκτελούν διάφορες λειτουργίες απαραίτητες για τις λειτουργίες της ζωής τους. Η δομή των ζυμομηκύτων τους επιτρέπει να εκτελούν την διαδικασία της ζύμωσης, να μετατρέπουν δηλαδή τους υδατάνθρακες, όπως σάκχαρα και άμυλο, σε αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα.Ένα πείραμα που κάνουν πολλοί μαθητές βιολογίας στο γυμνάσιο είναι να να τοποθετήσουν μικρό δείγμα ζυμομηκύτων σε ένα υγρό περιβάλλον πλούσιο σε υδατάνθρακες. Στη συνέχεια περιμένουν και παρατηρούν σε τακτά χονικά διαστήματα την πυκνότητα των ζυμομυκήτων.Τα αποτελέσματα είναι αναμενόμενα: ο πληθυσμός των μονοκύτταρων οργανισμών αυξάνεται με εκθετικό ρυθμό. Με διαθέσιμα άφθονα θρεπτικά συστατικά και πόρους, ευνοϊκές συνθήκες θερμοκρασίας και χωρίς θηρευτές ή ανταγωνιστές για τροφή, σχεδόν κάθε κύτταρο ζυμομύκητα μπορεί να επιβιώσει, να ευδοκιμήσει και να αναπαραχθεί. Επειδή το πλήθος των ζυμομυκήτων μπορεί να διπλασιάζεται κάθε 90 λεπτά περίπου κάτω από αυτές τις σχεδόν ιδανικές συνθήκες, ο αρχικός πληθυσμός Ν0 , 24 ώρες μετά την πρώτη τοποθέτησή τους σε αυτό το ιδανικό περιβάλλον, μπορεί να γίνει ~65.000Ν0 (συμβαίνουν 24/1,5=16 «διπλασιασμοί» κάθε 24 ώρες, έχουμε 216 = 65.536). Μετά από 48 ώρες, θα είχαμε 48/1,5=32 διπλασιασμούς πληθυσμού και θα έπρεπε να υπάρχουν 232 Ν0 = 4.294.967.296 Ν0 ζυμομήκυτες. Με δεδομένο ότι το πείραμα διεξάγεται σε ένα τρυβλίο Petri (και όχι σε μια ιδιωτική λίμνη) — οι θρεπτικές ουσίες δεν είναι πλέον αρκετές για τον πληθυσμό των ζυμομηκήτων και ο αριθμός τους αρχίζει να σταθεροποιείται.Όμως, καθώς ο ήδη μεγάλος αριθμός ζυμομηκύτων συνεχίζει να καταναλώνει τους υδατάνθρακες, ταυτόχρονα παράγει σημαντικές ποσότητες αποβλήτων: αλκοόλες και διοξείδιο του άνθρακα. Επειδή βρίσκονται σε υδατικό περιβάλλον, το διοξείδιο του άνθρακα αντιδρά με το νερό για να παράξει ανθρακικό οξύ, το οποίο αρχίζει σιγά-σιγά να δημιουργεί ένα όξινο διάλυμα. Αν κι αυτό είναι στην πραγματικότητα ελαφρώς ευεργετικό για κάποιο χρονικό διάστημα (οι περισσότεροι μήκυτες μαγιάς ευδοκιμούν σε ελαφρώς όξινα περιβάλλοντα, παρά σε pH=7), οι συνδυασμένες επιδράσεις: ενός (τελικά) εξαιρετικά όξινου περιβάλλοντος, πλούσιο σε αλκοόλη και φτωχό σε υδατάνθρακες (μετά από την υπερκατανάλωση), θα οδηγήσει σε κατάρρευση του πληθυσμού των ζυμομηκύτων.Στην πραγματικότητα, καθώς οι πόροι γίνονται σπάνιοι, ορισμένοι ζυμομύκητες απελευθερώνουν μια τοξίνη(3) αβλαβή για τους ίδιους, αλλά επικίνδυνη για τους υπόλοιπους, οι οποίοι πεθαίνουν όταν εκτίθενται σε αυτή. Με άλλα λόγια, μέσω ενός συνδυασμού απλής, αλόγιστης κατανάλωσης και της συνέχισης των διαδικασιών της ζωής τους, οι ζυμομηκυτες εξαντλούν τα θρεπτικά συστατικά του περιβάλλοντος και το δηλητηριάζουν, καθιστώντας το λιγότερο κατοικήσιμο για τους απογόνους τους. Πολλοί από τους επιζώντες ζυμομύκητες, σε ένα περιβάλλον με ελάχιστα θρεπτικά συστατικά, εμπλέκονται σε κάποιου είδους πόλεμο μεταξύ τους, ελπίζοντας στη δική τους ατομική επιβίωση με κόστος την επιβίωση των αντίπαλων ζυμομυκήτωνΌπως θα περίμενε κανείς, η συνεχής παρακολούθηση του πληθυσμού της ζύμης δείχνει ότι η φάση της εκθετικής ανάπτυξης δεν ακολουθείται απλώς από μια φάση σταθεροποίησης, αλλά στη συνέχεια αρχίζει να μειώνεται, πιο έντονα και γρήγορα, ανάλογα με το πόσο μεγάλος έγινε ο πληθυσμός των μηκύτων, μέχρι τελικά να εξαφανιστούν όλοι οι ζυμομήκυτες. Αν αφεθεί ανεξέλεγκτος, ο αρχικά επιτυχημένος πληθυσμός ζύμης θα εξαφανιστεί σύντομα, ως θύμα της δικής του υπερκατανάλωσης και παραγωγής μόλυνσης.Αυτό είναι ένα κοινό μοτίβο μεταξύ όλων των ανεγκέφαλων οργανισμών: συνεχίζουν απλώς να χρησιμοποιούν τον μεταβολισμό τους και να υποβάλλονται στις διαδικασίες της ζωής τους, ακόμα κι αν αυτό καταλήξει να καταστρέψει, να ρυπάνει ή ακόμα και να δηλητηριάσει τα περιβάλλοντα που ζουν οι ίδιοι και θα προσπαθήσουν να ζήσουν στο μέλλον οι απογόνοί τους.Η ταχύτατη αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού στον πλανήτη Γη μας οδηγεί σε μια ανάλογη κατάσταση με την καλλιέργεια ζυμομηκήτων σε ένα τρυβλίο Petri με άφθονα θρεπτικά συστατικά. Όταν οι άνθρωποι δεν σκοτώνονται μεταξύ τους σε πολέμους, τότε θα υπερ-καταναλώνουν, θα υπερ-ταξιδεύουν (ανά τριήμερο), θα ρυπαίνουν, θα καταστρέφουν και θα εξαντλούν το περιβάλλον (ακόμα και από το νερό!), προκαλώντας μη αντιστρέψιμες μεταβολές, που μελλοντικά θα μπορούσαν να εξαφανίσουν το ανθρώπινο είδος.Όμως, σε αντίθεση με τους ζυμομύκητες οι άνθρωποι θα μπορούσαν(4) όχι μόνο να εντοπίσουν, αλλά και να ποσοτικοποιήσουν τις επιπτώσεις που προκαλούν στο περιβάλλον τους, αλλά και να να αλλάξουν την δράση τους ανά πάσα στιγμή.
«Οι άνθρωποι μεταφέρουμε την κληρονομιά ενός παρελθόντος που φτάνει μέχρι εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πίσω. Η κοινωνία μας δεν είναι χτισμένη στη χαρά και την ευτυχία του παρελθόντος, αλλά στους αγώνες και τις αγωνίες πολλών γενεών προγόνων. Στις επόμενες λίγες δεκάδες ανθρώπινων γενεών είναι πιθανόν να κριθεί αν οι αγώνες και οι αγωνίες του παρελθόντος θα οδηγήσουν σε ένα λαμπρό μέλλον ή σε πλήρη εκμηδένηση.»(5)

Ο μονοκύτταρος οργανισμός Saccharomyces cerevisiae

Ζυμομύκητες δηλητηριασμένοι από τοξίνες που παράγονται από άλλους ζυμομήκυτες. Τα νεκρά κύτταρα επισημαίνονται με χρωστική ουσία.

αναφορές:
(1) Σύμφωνα με τον Otto Rank, στο «Psychology and the Soul» : Psychology is self-interpretation through others, just as physics is self-interpretation through nature 
(2) We must love one another or die – «September 1, 1939» , W. H. Auden
(3) Yeast Is a Competitive Killer – Scientists Discover a New Venomous Phenomenon
(4) Πότε θα γίνουμε Πολιτισμός Τύπου I;
(5) «Tα δέκα πρόσωπα του σύμπαντος» , Fred Hoyle, εκδόσεις κάτοπτρο

πηγή: Is humanity dumber than a colony of yeast cells? – https://bigthink.com/starts-with-a-bang/humanity-yeast-cells/

[Δροσος Γεωργιος]

Μπορούν οι κατσίκες ή άλλα ζώα να προβλέψουν σεισμούς και ηφαιστειακές εκρήξεις;

Στα μέσα της δεκαετίας του 1970 η αισιοδοξία σχετικά με την επιτυχή πρόβλεψη σεισμών έφτασε στο αποκορύφωμά της, όταν οι κινέζοι ανακοίνωσαν πως είχαν προβλέψει με επιτυχία έναν πραγματικά μεγάλο και καταστροφικό σεισμό. Στις 4 Φεβρουαρίου 1975 ένας σεισμός μεγέθους 7,3 χτύπησε τη βιομηχανική πόλη Χαϊτσενγκ, προκαλώντας σημαντικές ζημιές σε κτίρια, αλλά μόνο μικρές απώλειες σε ανθρώπινες ζωές. Επιστήμονες που μελέτησαν τα αρχεία περίπου 30 χρόνια μετά κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι πράγματι υπήρξε πρόβλεψη βασισμένη σε πρόδρομα φαινόμενα, όπως η αύξηση της συχνότητας των μικροσεισμών και παρατηρήσεις της συμπεριφοράς ζώων, και πιο συγκεκριμένα φιδιών και άλλων ερπετών που ξύπναγαν από την χειμερία νάρκη τους ανεβαίνοντας στην επιφάνεια του εδάφους (Σχετικά με την πρόβλεψη των σεισμών)Επιστήμονες στρατολογούν χιλιάδες σκύλους, κατσίκες και άλλα ζώα φάρμας- καθώς και ένα ευρύ φάσμα άγριας ζωής – προκειμένου να παρακολουθήσουν μέσω δορυφόρου τις μετακινήσεις τους. Πρόκειται για μια νέα διεθνή επιστημονική συνεργασία που έχει ως στόχο να επιβεβαιώσει- ή όχι- το αν τα ζώα μπορούν να προβλέψουν σεισμούς ή ηφαιστειακές εκρήξεις. Οι ερευνητές θα τοποθετήσουν μικροσκοπικούς πομπούς σε θηλαστικά, πτηνά και έντομα και στη συνέχεια, ένας ειδικός δορυφόρος- που θα εκτοξευτεί το επόμενο έτος- θα παρακολουθεί τις κινήσεις αυτών των ζώων.Σύμφωνα με ερευνητές, οι κατσίκες στη Σικελία κοντά στο όρος Αίτνα αρνούνται να μετακομίσουν σε βοσκοτόπια που βρίσκονται σε μεγαλύτερο υψόμετρο όταν επίκειται ηφαιστειακή έκρηξη.Ο στόχος των επιστημόνων δεν είναι μόνο να μελετήσουν πώς αντιδρούν τα ζώα σε επικείμενα φυσικά γεγονότα όπως οι ηφαιστειακές εκρήξεις, αλλά και να αποκτήσουν νέες γνώσεις για τη μετανάστευση, την εξάπλωση ασθενειών μεταξύ των ζώων και τον αντίκτυπο της κλιματικής κρίσης σε αυτά, λένε οι ερευνητές.«Τελικά, ελπίζουμε να εκτοξεύσουμε έναν στόλο περίπου έξι δορυφόρων και να δημιουργήσουμε ένα παγκόσμιο δίκτυο παρατήρησης που όχι μόνο θα παρέχει λεπτομέρειες για τις μετακινήσεις της άγριας ζωής και την υγεία των ζώων σε ολόκληρο τον πλανήτη, αλλά θα αποκαλύπτει πώς τα πλάσματα αντιδρούν σε φυσικά φαινόμενα όπως οι σεισμοί», δήλωσε στον Guardian ο επικεφαλής του έργου, Μάρτιν Βικέλσκι από το Max Planck Institute of Animal Behavior στη Γερμανία.Η αξία της μελέτης των ζώων σχετικά με την πρόβλεψη των ηφαιστειακών εκρήξεων έχει ήδη αποδειχθεί σε πρώιμα πειράματα στη Σικελία στις πλαγιές της Αίτνας, είπε ο ερευνητής.«Διαπιστώσαμε ότι τα κατσίκια είναι πολύ καλά στην πρόβλεψη μεγάλων ηφαιστειακών εκρήξεων» πρόσθεσε.Οι αισθητήρες έδειξαν ότι τα ζώα γίνονταν νευρικά πριν από μια ηφαιστειακή έκρηξη και αρνούνταν να μετακινηθούν σε λιβάδια που βρίσκονταν σε μεγαλύτερο υψόμετρο, κάτι που υπό κανονικές συνθήκες θα έκαναν.«Ξέρουν εκ των προτέρων τι έρχεται. Δεν καταλαβαίνουμε πώς το κάνουν, αλλά το κάνουν», είπε χαρακτηριστικά.Ομοίως, ερευνητές παρακολούθησαν σκύλους, πρόβατα και άλλα ζώα φάρμας στα βουνά Abruzzo έξω από τη Ρώμη και διαπίστωσαν ότι και εκείνα αντέδρασαν στους επτά από τους οκτώ μεγάλους σεισμούς που έπληξαν την περιοχή τα τελευταία 12 χρόνια.Οι ιστορίες ζώων που συμπεριφέρονται παράξενα πριν από σεισμούς ή εκρήξεις δεν είναι κάτι καινούριο. Ο Θουκυδίδης είχε γράψει ότι οι αρουραίοι, οι σκύλοι, τα φίδια και οι νυφίτσες εγκατέλειψαν την πόλη της Ελίκης λίγο πριν από έναν σεισμό το 373 π.Χ. Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε και πριν την εκδήλωση ενός σεισμού που έπληξε την κινεζική πόλη Χαϊτσένγκ το 1975, όταν τα φίδια και οι αρουραίοι της περιοχής βγήκαν από τα λαγούμια τους. Το γιατί αυτά τα ζώα συμπεριφέρθηκαν με αυτόν τον τρόπο είναι λιγότερο σαφές.«Κατά τη διάρκεια της δημιουργίας ενός σεισμού, οι τεκτονικές πλάκες γλιστρούν η μία πάνω στην άλλη κάτω από τεράστιες πιέσεις με αποτέλεσμα να εκτοξεύονται ιόντα από τα πετρώματα στον αέρα. Τα ζώα μπορεί να αντιδρούν σε αυτό», πρότεινε ο Βικέλσκι, ο οποίος είναι και ιδρυτής της International Cooperation for Animal Research Using Space (Icarus), μιας διεθνούς συνεργασίας στην οποία συμμετεχουν επιστημονικές ομάδες από όλο τον κόσμο.Οι ερευνητές έχουν εξοπλίσει αγριογούρουνα με «ηλεκτρονικά» αυτιά- μικροσκοπικά επιταχυνσιόμετρα που ζυγίζουν 30 γραμμάρια. Ανάλογα με τις αλλαγές στις κινήσεις του ζώου, τα επιταχυνσιόμετρα μπορούν να ανιχνεύσουν εάν έχει αναπτύξει αφρικανική πανώλη των χοίρων – έναν εξαιρετικά μεταδοτικό ιό που εξαπλώνεται εύκολα μεταξύ αγριόχοιρων και οικόσιτων χοίρων.Το να γνωρίζουμε πότε εμφανίζεται μια επιδημία στη φύση θα μπορούσε να είναι σημαντικό για τον περιορισμό των επιπτώσεων της νόσου στις φάρμες, λένε οι ερευνητές.«Αυτό αλλάζει το παιχνίδι για την παρακολούθηση ασθενειών της άγριας ζωής», δήλωσε ο Κέβιν Μορέλ, ένας επιστήμονας του Ινστιτούτου Max Planck.Η τεχνολογία πιθανώς θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν τις διαδικασίες που οδηγούν στη μετανάστευση των ζώων. Οι ερευνητές έχουν επίσης τοποθετήσει πομπούς σε μικροσκοπικά πλάσματα και οι κινήσεις τους θα μπορούσαν σύντομα να αποκαλύψουν τα μυστήρια που κρύβονται πίσω από τις μεταναστεύσεις των χιλιάδων χιλιομέτρων που κάνουν μεταξύ Ευρώπης και Αφρικής κάθε χρόνο.«Ομοίως, θα είμαστε σε θέση να μελετήσουμε τους πληθυσμούς των ζώων για να προσδιορίσουμε πώς ανταποκρίνονται στις αλλαγές των οικοτόπων που προκαλούνται από την υπερθέρμανση του πλανήτη», κατέληξε ο ερευνητής.

– https://www.ertnews.gr/eidiseis/epistimi/mporoun-ta-zoa-na-provlepsoun-seismous-i-ifaisteiakes-ekrikseis/

[Δροσος Γεωργιος]

Βασίζεται η ζωή στους γνωστούς νόμους της φυσικής;

Προς έναν δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο για τους ζωντανούς οργανισμούς

Μια νέα θεωρία που σχετίζεται με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής περιγράφει την κίνηση των ζωντανών βιολογικών συστημάτων, περιλαμβάνοντας την κυτταρική μετανάστευση μέχρι και τα πουλιά που ταξιδεύουν

.Το 1944, ο Erwin Schrödinger δημοσίευσε το κλασικό βιβλίο του ‘Τι είναι η ζωή;‘.
Εκεί, περιέγραψε την προέλευση των ζωντανών συστημάτων χρησιμοποιώντας μεθόδους στατιστικής φυσικής. Υποστήριξε ότι οι ζωντανοί οργανισμοί σχηματίζουν οργανωμένες καταστάσεις μακράν της θερμοδυναμικής ισορροπίας ελαχιστοποιώντας τη δική τους αταξία. Από φυσική άποψη, η αταξία αντιστοιχεί στη θετική εντροπία. Ο Schrödinger κατέληξε στο συμπέρασμα: «Αυτό με το οποίο τρέφεται ένας οργανισμός είναι η αρνητική εντροπία [έλκοντας ένα ρεύμα αρνητικής εντροπίας προς τον εαυτό του], ώστε να εξισορροπήσει την αύξηση της εντροπίας που παράγει ενώ ζει και να διατηρηθεί έτσι σε ένα στάσιμο και σχετικά χαμηλό επίπεδο εντροπίας.»Η δήλωση αυτή θέτει το ερώτημα εάν ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής ισχύει για ζωντανά συστήματα. Κάτι που διερευνήθηκε από τους Benjamin Sorkin et al που εξέτασαν το πρόβλημα της παραγωγής εντροπίας σε ζωντανά συστήματα, προτείνοντας μια γενίκευση του δεύτερου νόμου. Χρησιμοποιώντας ένα θεωρητικό πλαίσιο πληροφοριών, δείχνουν ότι η θεωρία τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή σημαντικών θερμοδυναμικών μεγεθών και σχέσεων για ζωντανά συστήματα.Ο Sorkin και οι συνεργάτες του βασίστηκαν σε έννοιες που αναπτύχθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, οι επιστήμονες πρωτοστάτησαν στη μελέτη των σχέσεων διακύμανσης, οι οποίες γενικεύουν τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής σε συστήματα μονο-σωματιδίων μακράν της θερμικής ισορροπίας. Παράλληλα, άλλοι ερευνητές έθεσαν τα θεμέλια της στοχαστικής θερμοδυναμικής, η οποία λαμβάνει θεμελιώδεις θερμοδυναμικές έννοιες (π.χ. θερμότητα, έργο και εντροπία) που αναπτύχθηκαν για συστήματα πολλών σωματιδίων και τις εφαρμόζει στη στοχαστική δυναμική ενός σωματιδίου. Αυτό το πλαίσιο αναπαράγει μια ολόκληρη ιεραρχία προηγούμενων σχέσεων διακύμανσης, συμπεριλαμβανομένων του πρώτου και του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής για ένα τυχαία κινούμενο (Brownian) σωματίδιο σε ένα ρευστό.Την τελευταία δεκαετία, οι σχέσεις διακύμανσης έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν την βιολογική δυναμική συνδέοντας την στοχαστική θερμοδυναμική με το αναδυόμενο πεδίο της ενεργού ύλης. Παραδείγματα συστημάτων ενεργού ύλης ποικίλλουν από τα μεταναστευτικά βιολογικά κύτταρα. τα σμήνη πουλιών έως τα κινούμενα πλήθη ανθρώπων. Η ενεργητική κίνηση είναι αυτό-οδηγούμενη, σε πλήρη αντίθεση με την παθητική δυναμική ενός σωματιδίου Brown. Σκεφτείτε ένα κύτταρο που μετακινείται αντλώντας ενέργεια από το περιβάλλον του. Η διαδρομή του κυττάρου φαίνεται τυχαία, παρόμοια με την τυχαία τροχιά ενός σωματιδίου της κίνησης Brown σε ένα ρευστό [βλέπε: Ο Αϊνστάιν και η κίνηση Μπράουν]. Όμως, ενώ ένα τέτοιο σωματίδιο (στην κίνηση Brown) οδηγείται παθητικά από συγκρούσεις με τα περιβάλλοντα μόρια του υγρού, το κύτταρο κινείται ενεργά από μόνο του.Η δυναμική ενός σωματιδίου της κίνησης Brown χαρακτηρίζεται από μια ισορροπία μεταξύ των διακυμάνσεων της κίνησης του σωματιδίου και της διασκορπιστικής αλληλεπίδρασής του με το περιβάλλον του. Αυτή η ισορροπία εκφράζεται ως προς τον συντελεστή διάχυσης D του σωματιδίου την κινητικότητά του μ και τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος ρευστού Τ. Αυτή η λεγόμενη σχέση Αϊνστάιν (D=kBTμ) – είναι ένα παράδειγμα μιας σχέσης διακύμανσης-διασκορπισμού που ισχύει για τα συνηθισμένα κλασικά ρευστά. Ωστόσο, σε πιο πολύπλοκα συστήματα όπως τα πολυμερή πηκτώματα, η σχέση Einstein δεν ισχύει , οδηγώντας σε παραβιάσεις των συμβατικών σχέσεων διακύμανσης. Στην ενεργό ύλη, η σχέση του Αϊνστάιν συνήθως καταρρέει επίσης, αντανακλώντας τη συγκεκριμένη πρόσληψη ενέργειας και τη μετατροπή της σε αυτοκινούμενη κίνηση.Ο Sorkin και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν από την αποκαλούμενη εξίσωση υπεραπόσβεσης Langevin, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μοντελοποιήσει τη δυναμική των συστημάτων χωρίς να υποθέσει τη σχέση Einstein. Τέτοια μοντελοποίηση περιλαμβάνει παραδείγματα ενεργού ύλης και παθητικών σωματιδίων Brown ως ειδικές περιπτώσεις. Εφαρμόζοντας την στοχαστική θερμοδυναμική, η ομάδα κατέληξε στον πρώτο και τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής υποθέτοντας την ύπαρξη μιας συνηθισμένης θερμοδυναμικής θερμοκρασίας, όπως στη σχέση Αϊνστάιν.Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν μια κρίσιμη ποσότητα στη στοχαστική θερμοδυναμική, γνωστή ως παραγωγή πληροφοριακής εντροπίας, η οποία μετρά το σπάσιμο της συμμετρίας αντιστροφής χρόνου στο επίπεδο των μικροσκοπικών τροχιών. Χωρίς να υποθέσουν τη σχέση Αϊνστάιν και την αντίστοιχη θερμοδυναμική της θερμοκρασία, αλλά επιβάλλοντας τρεις συγκεκριμένες φυσικές συνθήκες, ο Sorkin και οι συνεργάτες του κατέληξαν σε μια εξίσωση για αυτό που αποκαλούν γενικευμένη θερμοκρασία μη-ισορροπίας. Χρησιμοποιώντας αυτή την εξίσωση, λαμβάνεται ένας δεύτερος νόμος χωρίς τη σχέση Αϊνστάιν. Αν στη συνέχεια υποθέσει κανείς αυτή τη σχέση, η γενικευμένη θερμοκρασία των ερευνητών καταλήγει στη συνηθισμένη θερμοδυναμική θερμοκρασία και η θεωρία τους ανακτά τα αντίστοιχα αποτελέσματα για τη συμβατική στοχαστική θερμοδυναμική.Μια σημαντική συνέπεια της νέας θεωρίας είναι ότι, χωρίς τη σχέση Αϊνστάιν και τη σχετική θερμοδυναμική θερμοκρασία, οι συμβατικές σχέσεις διακύμανσης ανακτώνται μόνο σε ένα αφηρημένο, θεωρητικό επίπεδο πληροφοριών και όχι για θερμοδυναμικά μεγέθη – σύμφωνα με προηγούμενη εργασία. Υποθέτοντας μια γενικευμένη θερμοκρασία, μπορεί κανείς να εξαγάγει χρήσιμες θερμοδυναμικές σχέσεις όπως η ανισότητα Clausius, μια γενικευμένη «απόδοση Carnot» και τα όρια μεταξύ δύο βασικών μεγεθών – του εξαγόμενου έργου και της μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας. Ο Sorkin και οι συνεργάτες του προτείνουν ότι η ιδέα τους για μια γενικευμένη θερμοκρασία θα μπορούσε να επαληθευτεί εφαρμόζοντας τη θεωρία τους σε ορισμένα πειραματικά συστήματα στα οποία η σχέση Αϊνστάιν δεν ισχύει.Η επίτευξη της εξαγωγής μιας νέας μορφής του δεύτερου νόμου που ισχύει για τα ζωντανά συστήματα είναι αρκετά μεγάλος ισχυρισμός. Δεδομένου ότι η θεωρία δεν απαιτεί τη σχέση Αϊνστάιν, θα μπορούσε κανείς να την ονομάσει δεύτερο νόμο της αθερμικής δυναμικής, όπου εδώ το «αθερμικό(athermal)» υποδηλώνει τις μη θερμοδυναμικές ενεργές βιολογικές δυνάμεις που προκαλούν αποκλίσεις από την κλασική θερμοδυναμική. Σημειωτέον, η θεωρία υποθέτει ότι η δυναμική είναι και υπερβολικά αποσβεσμένη και Μαρκοβιανή – δηλαδή, ανεξάρτητη από την ιστορία του συστήματος. Ωστόσο, η υπερβολικά αποσβεσμένη προσέγγιση, η οποία αγνοεί την επιτάχυνση και την αδράνεια, μπορεί να αποτύχει όταν οι διακυμάνσεις εξαρτώνται από τη θέση, όπως για τις διαβαθμίσεις θερμοκρασίας. Επιπλέον, πολλά ενεργά βιολογικά συστήματα – όπως τα μεταναστευτικά κύτταρα – εμφανίζουν μη-μαρκοβιανή ανώμαλη διάχυση. Σε αυτές τις γραμμές, παραβιάσεις των σχέσεων διακύμανσης-διάσπασης που είναι πιο γενικές από τη σχέση Αϊνστάιν μπορούν να τεθούν στο παιχνίδι.Αυτές οι σκέψεις απαιτούν περαιτέρω γενικεύσεις της νέας θεωρίας, όπως οραματίζεται ο Schrödinger: «Η ζωντανή ύλη, αν και δεν ξεφεύγει από τους «νόμους της φυσικής», όπως έχουν διατυπωθεί μέχρι σήμερα, είναι πιθανό να περιλαμβάνει «άλλους νόμους της φυσικής» μέχρι τώρα άγνωστους, οι οποίοι μόλις αποκαλυφθούν, θα αποτελέσουν επίσης αναπόσπαστο μέρος της επιστήμης».

Ένα βιολογικό κύτταρο (μαύρο περίγραμμα) προχωράει σε ένα υπόστρωμα εξάγοντας ενέργεια από το περιβάλλον του (μωβ βέλη), μετατρέποντάς την σε δική του κινητική ενέργεια (πράσινο βέλος). Ο Sorkin και οι συνεργάτες του κατέληξαν σε έναν ισοδύναμο του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής για τα ζωντανά συστήματα, ο οποίος καθιερώνει μια σχέση μεταξύ της ενεργού πρόσληψης ενέργειας ενός τέτοιου κυττάρου και της τυχαίας εμφάνισης διαδρομής του (μπλε γραμμή) από την άποψη της παραγωγής εντροπίας. Τα μαύρα περιγράμματα δείχνουν το μετακινούμενο κύτταρο σε τακτά χρονικά διαστήματα. Οι εικόνες του μικροσκοπίου δείχνουν το αρχικό και τελικό περίγραμμα του κυττάρου.

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στις δημοσιεύσεις:
1.Rainer Klages, «Toward a Second Law for Living Systems» – https://physics.aps.org/articles/v17/182
2. Benjamin Sorkin et al, «Second Law of Thermodynamics without Einstein» – https://arxiv.org/abs/2405.17142

 

[Δροσος Γεωργιος]

O Άτλας των Ανθρωπίνων Κυττάρων.

Με τη βοήθεια της Τεχνητής Νοημοσύνης η Βιολογία επιχειρεί να καταστήσει ευκρινέστερη την εικόνα του ανθρώπινου οργανισμού στην υγεία, στην ασθένεια και σε όλες τις φάσεις της ζωής.Ο 21ος αιώνας άρχισε μάλλον διθυραμβικά για τη Βιολογία χάρη στην αποκωδικοποίηση του ανθρώπινου γονιδιώματος και την απομόνωση των εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων. Τόσες ήταν οι ελπίδες που είχαν γεννηθεί από τα παραπάνω επιτεύγματα ώστε αυτός να ονομαστεί «αιώνας της Βιολογίας» παίρνοντας τα σκήπτρα από τη Φυσική που (δικαίως) είχε χαρακτηρίσει τον 20ό αιώνα.Σήμερα, και καθώς συμπληρώνεται το πρώτο τέταρτο του 21ου αιώνα, όλα δείχνουν ότι μάλλον πρέπει να ονομαστεί «αιώνας της Τεχνητής Νοημοσύνης». Βεβαίως, η σαρωτική επέλαση της ΑΙ δεν άφησε ανέγγιχτη ούτε τη Βιολογία, η οποία συνεχίζει να ανθίζει εκμεταλλευόμενη τόσο τις νέες τεχνολογικές εξελίξεις όσο και τα εργαλεία που της παρέχει η ΑΙ.Ετσι, η σημερινή Βιολογία έχει καταστεί ιδιαίτερα φιλόδοξη καθώς μπορεί παράλληλα να διερευνά ερωτήματα σε διαφορετικές κλίμακες – από εξαιρετικά μικρές (π.χ. γονίδια, πρωτεΐνες) μέχρι εξαιρετικά μεγάλες (π.χ. ολόκληροι οργανισμοί, κοινότητες οργανισμών) – και στη συνέχεια να ενσωματώνει όλα τα ευρήματα προκειμένου να αποκτηθεί μια συνολική εικόνα των οργανισμών μέσα στο περιβάλλον τους.

Ο Κυτταρικός Άτλας

Ένα από τα χαρακτηριστικότερα παραδείγματα της Βιολογίας του 21ου αιώνα είναι ο Άτλας των Ανθρωπίνων Κυττάρων (Human Cell Atlas, HCA). Διόλου τυχαία η επιστημονική επιθεώρηση «Nature» περιέγραψε τον Άτλαντα ως «Μια Wikipedia για τα κύτταρα», ενώ του έχουν ακόμη αποδοθεί ονόματα όπως «Google Maps του ανθρώπινου σώματος», αλλά και «Περιοδικός Πίνακας των κυττάρων».Ολα ξεκίνησαν το 2016, όταν περίπου 100 επιστήμονες έθεσαν τον μνημειώδη στόχο να δημιουργήσουν τον κατάλογο όλων των τύπων κυττάρων που υπάρχουν στο ανθρώπινο σώμα και μάλιστα από την εμβρυϊκή ανάπτυξη μέχρι τα γηρατειά. Αυτό ισοδυναμεί με τη χαρτογράφηση των εκτιμώμενων 37,2 τρισεκατομμυρίων κυττάρων του ανθρώπινου οργανισμού!

Εντυπωσιακή αρχή

Αν και οι αριθμοί αρκούν για να προκαλέσουν δέος, το ζητούμενο είναι ακόμη δυσκολότερο καθώς τα κύτταρα αφενός δεν παραμένουν αναλλοίωτα στη διάρκεια της ζωής, αφετέρου επηρεάζονται από παράγοντες όπως, παραδείγματος χάριν, το φύλο και η καταγωγή.Παρά τις δυσκολίες, τον Νοέμβριο του 2024, με μια σειρά άρθρων στην επιθεώρηση «Nature», οι ερευνητές του προγράμματος HCA έδωσαν στη δημοσιότητα ένα πρώτο «σκαρίφημα» του Ατλαντα. Επρόκειτο για  δεδομένα που αφορούσαν περίπου 62 εκατομμύρια ανθρώπινα κύτταρα, κατηγοριοποιημένα σε 18 βιολογικά δίκτυα – συμπεριλαμβανομένων χαρτών κυττάρων του νευρικού συστήματος, του ανοσοποιητικού συστήματος, των πνευμόνων, της καρδιάς, του εντέρου.Είναι αλήθεια ότι ο δρόμος από τις λίγες δεκάδες εκατομμυρίων κυττάρων μέχρι τα τρισεκατομμύρια του τελικού στόχου είναι μακρός. Ωστόσο, ακόμη και αυτή η πρώτη στάση της διαδρομής έχει ήδη πολλά να προσφέρει. Καθώς τα κύτταρα αποτελούν τις βασικές δομικές μονάδες των ζωντανών οργανισμών, έστω και ελλιπής, ο Ατλαντας επιτρέπει την καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας του ανθρώπινου οργανισμού τόσο στην υγεία όσο και στην ασθένεια.

Το γαστρεντερικό σύστημα

Πάρτε για παράδειγμα το γαστρεντερικό σύστημα. Οι ερευνητές του προγράμματος HCA όχι μόνο χαρτογράφησαν τους κυτταρικούς τύπους (από τους ιστούς του στόματος, μέχρι εκείνους του οισοφάγου, του στομάχου, του λεπτού και του παχέος εντέρου) αλλά κατάφεραν να ενσωματώσουν στον χάρτη τους και δεδομένα από άτομα με φλεγμονώδεις ασθένειες του γαστρεντερικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της κοιλιοκάκης και της νόσου του Crohn.Εχει σημασία να τονισθεί εδώ ότι τα κύτταρα που χαρτογραφούνται στον Ατλαντα συνοδεύονται και από τις πληροφορίες που τα αφορούν. Ετσι, τα 1,1 εκατομμύρια κύτταρα που έχουν χαρτογραφηθεί στο γαστρεντερικό σύστημα συνοδεύονται τόσο από την πληροφορία που αφορά τη φυσιολογία τους όσο και την πιθανή παθολογική τους εξαλλαγή.Είναι γνωστό ότι η φλεγμονή του εντέρου μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές της ταυτότητας των κυττάρων, να πυροδοτήσει δηλαδή μια μετατόπιση από έναν υγιή κυτταρικό τύπο σε άλλον, ο οποίος αποκτά χαρακτηριστικά παθογένειας. Χάρη στον Ατλαντα, ο οποίος είναι ανοιχτής πρόσβασης για όλη την ερευνητική κοινότητα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την πορεία του φαινομένου, ενώ ελπίζουν η εικόνα που απέκτησαν να γίνει λεπτομερέστερη καθώς θα συμπληρώνεται και με άλλα κύτταρα και ακόμη περισσότερες πληροφορίες.

Εκεί που αρχίζει η ζωή

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χαρτογράφηση των αρχικών σταδίων ανάπτυξης του ανθρώπινου σώματος. Την εμβρυϊκή ανάπτυξη του κρανίου καθώς και των αρθρώσεων των άκρων 5-11 εβδομάδες μετά τη σύλληψη μελέτησε μία από τις ομάδες των ερευνητών του προγράμματος HCA.Μέσω της ταυτόχρονης χαρτογράφησης εκατοντάδων μοριακών παραγόντων σε μεμονωμένα κύτταρα, η ομάδα μπόρεσε να εντοπίσει τους μηχανισμούς που καθορίζουν την πορεία που θα ακολουθήσουν τα κύτταρα που προορίζονται να δημιουργήσουν τον σκελετό, αν δηλαδή τα πρώιμα αυτά κύτταρα θα γίνουν τελικά κύτταρα χόνδρου ή οστού.Εκτιμάται ότι η παραπάνω γνώση θα μπορούσε να αποδειχθεί πολύτιμη για την αντιμετώπιση της οστεοαρθρίτιδας, μιας εκφυλιστικής νόσου η οποία χαρακτηρίζεται από την απώλεια των χόνδρων των αρθρώσεων και τον σχηματισμό νέου οστικού ιστού.Ομοίως, μία άλλη ερευνητική ομάδα η οποία μελέτησε την εμβρυϊκή ανάπτυξη κατά το διάστημα 7-17 εβδομάδων μετά τη σύλληψη, αποκάλυψε τους απροσδόκητους ρόλους που παίζουν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος (και ειδικότερα τα μακροφάγα) στον σχηματισμό αιμοφόρων αγγείων.Τα παραπάνω είναι μόνο λίγα από τα ευρήματα των επιστημόνων του προγράμματος HCA. Αφήνουν όμως ξεκάθαρα να φανεί ότι η λεπτομερής γνώση της ταυτότητας του κάθε κυττάρου ξεχωριστά και μάλιστα καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής, θα αποτελέσει στο μέλλον ένα χρυσωρυχείο πληροφορίας που θα αλλάξει το πρόσωπο της ιατρικής.

Μια καθοριστική «συνεργασία»

Ο όγκος της πληροφορίας που συνοδεύει κάθε κύτταρο του Ατλαντα των Ανθρωπίνων Κυττάρων είναι τόσο μεγάλος που τίποτε δεν θα ήταν εφικτό χωρίς την τεχνητή νοημοσύνη. Είναι χαρακτηριστικό ότι τρεις αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης αναπτύχθηκαν προκειμένου να γίνεται σωστά η ενσωμάτωση πληροφοριών από διαφορετικές πηγές (π.χ. γονιδιακή έκφραση, πρωτεϊνική σύνθεση, περιβαλλοντικές επιδράσεις, κατάσταση υγείας).Αλγόριθμοι όπως αυτοί όμως αναπτύσσονται και για άλλα, εξίσου φιλόδοξα, προγράμματα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί ένα πρόγραμμα ΑΙ το οποίο αναπτύχθηκε για τη μελέτη των οικοσυστημάτων και το οποίο προσαρμόστηκε για τη μελέτη των καρκινικών όγκων.Βλέπετε, οι καρκινικοί όγκοι μακράν τού να είναι ομοιογενείς, αποτελούν ένα οικοσύστημα κυττάρων τα οποία μάλιστα μεταλλάσσονται με ταχύτητα. Και το να γνωρίζει κανείς την ταυτότητα των κυττάρων που τους απαρτίζουν και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους είναι η βάση για την ανάπτυξη θεραπειών. Αντιστοίχως, ειδικοί αλγόριθμοι επιτρέπουν τη διερεύνηση των σχέσεων των ανθρώπων με το μικροβίωμά τους, με το σύνολο δηλαδή των μικροοργανισμών που συμβιούν μέσα μας και πάνω μας, καθορίζοντας πολλές παραμέτρους της φυσιολογίας μας.Συνοπτικά, μπορεί κανείς να πει ότι όλες αυτές οι προσπάθειες προσθέτουν πίξελ στην εικόνα της ζωής καθιστώντας την ευκρινέστερη. Και αυτό μόνο καλό μπορεί να είναι για το μέλλον μας

 – https://www.tovima.gr/print/science/prosthetontascrpiksel-stincrapeikonisi-crtis-zois/

[Δροσος Γεωργιος]

Τι είναι οι οβελίσκοι στη Βιολογία;

Οι βιολόγοι φαίνεται πως έχουν ανακαλύψει μια εντελώς νέα μορφή «ζωής». Συνίσταται από κυκλικά μόρια RNA που αναδιπλώνονται σε βρόχους και σχηματίζουν ραβδοειδείς δομές. Για τον λόγο αυτό ονομάστηκαν οβελίσκοι. Δεν είναι ούτε μικρόβια ούτε ιοί και τα γονίδιά τους δεν θυμίζουν κανέναν γνωστό οργανισμό. Πιθανότατα κατοικούν στο σώμα σας.Οι οβελίσκοι ανακαλύφθηκαν το 2024, καθώς οι ερευνητές ανέλυαν τεράστιες ποσότητες γενετικών δεδομένων από το ανθρώπινο έντερο. Από αυτή την αναζήτηση προέκυψαν 29.959 νέες αλληλουχίες RNA, παρόμοιες μεταξύ τους, αλλά πολύ διαφορετικές από όσες ήταν ήδη γνωστές. Έτσι, προς το παρόν δεν γνωρίζουμε τον ρόλο των οβελίσκων στο δέντρο της ζωής.Οι οβελίσκοι είναι μικρότεροι από τους ιούς, είναι σαν τα «ιοειδή», δηλαδή βρόχοι RNA που καταφέρνουν έξυπνα να αναπαραχθούν χρησιμοποιώντας τον μηχανισμό του κυττάρου που μολύνουν. Ενώ οι ιοί έχουν πρωτεϊνικό περίβλημα, τα ιοειδή είναι απλώς γυμνό RNA. Δεν κωδικοποιούν καν πρωτεΐνες και αλληλεπιδρούν απευθείας με το DNA του ξενιστή. Οι οβελίσκοι, αντίθετα, φαίνεται να κωδικοποιούν ελάχιστες πρωτεΐνες, κι αυτό δείχνει πως είναι πιο περίπλοκα από τα ιοειδή.Τα γνωστά ιοειδή μολύνουν μόνο τα φυτά. Το πρώτο που βρέθηκε προκαλεί ασθένεια στις πατάτες, ένα άλλο προκαλεί μια ασθένεια στα αβοκάντο, κ.ο.κ. Αυτό προκαλεί το ερώτημα: γιατί δεν υπάρχουν ιοειδή που μολύνουν ζώα;
Είναι μήπως οι προσφάτως ανακαλυφθέντες οβελίσκοι η απάντηση στο ερώτημα αυτό; Όχι ακριβώς: μπορεί οι οβελίσκοι να λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο, αλλά φαίνονται γενετικά άσχετοι.Όπως συμβαίνει με τους ιούς και τα ιοειδή, οι οβελίσκοι δεν μπορούν να θεωρηθούν ζωντανοί οργανισμοί, καθώς δεν έχουν δικό τους μεταβολισμό και δεν αναπαράγονται χωρίς τη βοήθεια του ξενιστή.Ένα άλλο σημαντικό ερώτημα που παραμένει ανοιχτό είναι το αν οι οβελίσκοι είναι απόγονοι ιών που στην πορεία απλουστεύτηκαν, ή αν αντίθετα είναι προγονικές μορφές ιών. Δεδομένου μάλιστα ότι το RNA ήταν πιθανώς το πρώτο μόριο με ικανότητα αντιγραφής του εαυτού του, η απάντηση σε αυτό το ερώτημα θα μπορούσε ενδεχομένως να δώσει πληροφορίες για την εμφάνιση της ζωής στη Γη.

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Obelisks – https://johncarlosbaez.wordpress.com/2025/01/17/obelisks/
2. Tormentor: An obelisk prediction and annotation pipeline – https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.30.596730v1.full
3. Viroid-like colonists of human microbiomes – https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.20.576352v1.full

[Δροσος Γεωργιος]

Η τάξη που διατηρείται στο χάος της απεριόριστης θερμοκρασίας.

Η θερμότητα υποτίθεται ότι καταστρέφει οτιδήποτε «αγγίζει». Όμως μια ομάδα φυσικών απέδειξε θεωρητικά πως μια μορφή μαγνητικής τάξης δεν καταστρέφεται από την θερμότητα.Το φως του ήλιου λιώνει τις νιφάδες χιονιού. Η φωτιά μετατρέπει τα κούτσουρα σε αιθάλη και καπνό. Αν θερμάνουμε έναν μαγνήτη πάνω από μια συγκεκτριμένη θερμοκρασία χάνει τις μαγνητικές ιδιότητές του. Υπάρχουν αμέτρητα παραδείγματα όπου η μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας καταστρέφει τις δομές και τα μοτίβα της ύλης.Όμως, φαίνεται πως υπάρχει μια εντυπωσιακή εξαίρεση. Σε μια σειρά δημοσιεύσεων τα τελευταία χρόνια, οι φυσικοί έδειξαν ότι μια ιδεατή ουσία που μοιάζει με δύο αναμεμειγμένους μαγνήτες μπορεί – θεωρητικά – να διατηρήσει ένα διατεταγμένο μοτίβο ανεξάρτητα από το πόσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Η ανακάλυψη μπορεί να επηρεάσει την κοσμολογία ή την προσπάθεια να χρησιμοποιηθούν τα κβαντικά φαινόμενα, όπως η υπεραγωγιμότητα, σε θερμοκρασία δωματίου.Σε μια διάλεξη στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ το 2019, ο φυσικός Zohar Komargodski, είχε υποστηρίξει ότι οποιαδήποτε μορφή τάξης – όπως η κανονική απόσταση των ατόμων σε ένα στερεό ή η ευθυγράμμιση των ατόμων σε έναν μαγνήτη – αναπόφευκτα καταρρέει σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες. Στο κοινό βρίσκονταν ο Eliezer Rabinovici από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο, ο οποίος ρώτησε τον Komargodski αν ήταν σίγουρος ότι αυτό αληθεύει. Μετά τη συζήτηση, οι δυο τους άρχισαν να διερευνούν το ερώτημα, μαζί με άλλους συναδέλφους τους.Δεν ήταν οι πρώτοι φυσικοί που προβληματίστηκαν σχετικά με αυτό το ζήτημα.
Στη δεκαετία του 1950, ο Isaak Pomeranchuk στην Σοβιετική Ένωση είχε υπολογίσει ότι η ελαφρά θέρμανση των υπερψυχρών ατόμων υγρού ηλίου-3 θα τα έκανε να παγώσουν. Ένας κρύσταλλος γνωστός ως αλάτι Rochelle (ή τρυγικό καλιονάτριο), το οποίο χρησιμοποιείται ως καθαρτικό, οργανώνεται σε μια πιο διατεταγμένη δομή σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Τέτοιες παραξενιές παρακίνησαν στη δεκαετία του 1970, τον φυσικό και νομπελίστα Steven Weinberg, να αναπτύξει μια κβαντική θεωρητική προσέγγιση που εξηγεί την αντίσταση της τάξης έναντι της θερμότητας. Αλλά τόσο στο υγρό ήλιο όσο και στο αλάτι Rochelle, η περαιτέρω θέρμανση καταστρέφει την τάξη. Και η θεωρία του Weinberg αποτύγχανε επίσης πάνω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Ήταν δυνατό κάποιο μοτίβο να παραμείνει συνεχώς αναλλοίωτο, ανεξάρτητα από την θερμοκρασία; Οι Komargodski, Rabinovici και οι συνεργάτες τους είχαν σκοπό να το ανακαλύψουν.

Τάξη που αντιστέκεται στην θερμότητα

Φανταστείτε έναν αριθμο ατόμων διατεταγμένα σε ένα ορθογώνιο πλέγμα. Κάθε άτομο λειτουργεί σαν ένας μίνι-μαγνήτης με έναν βόρειο πόλο που δείχνει πάνω ή κάτω:Αν τα άτομα ευθυγραμμίζονται με κάποιο μοτίβο – για παράδειγμα, όλα δείχνουν την ίδια κατεύθυνση – τότε λέμε πως το υλικό έχει μαγνητική τάξη. Φανταστείτε να τοποθετείτε αυτό το πλέγμα απευθείας πάνω από ένα δεύτερο ατομικό πλέγμα.Τα άτομα του νέου πλέγματος μπορούν να προσανατολίζονται ως προς οιαδήποτε κατεύθυνση, σε αντίθεση με τα άτομα του αρχικού που κατευθύνονται μόνο πάνω ή κάτω. Τα κοντινά άτομα θα αλληλεπιδρούν, και οι κυματισμοί στο ένα πλέγμα θα προκαλούν κυματισμούς στο άλλο. Τώρα εστιάζουμε μέχρι να εξαφανιστούν οι γραμμές πλέγματος και το σύστημα να γίνει ένα ομαλό φύλλο – ένα κβαντικό πεδίο. Τα άτομα έχουν εξαφανιστεί, αλλά το πεδίο εξακολουθεί να έχει δύο μαγνητικά βέλη σε κάθε σημείο: το ένα με κατεύθυνση πάνω ή κάτω και το άλλο προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Κάπως έτσι είναι και το είδος πεδίου που οι ερευνητές βρήκαν ότι θεωρητικά μπορεί να διατηρήσει τη μαγνητική τάξη σε κάθε θερμοκρασία.

Η απεριόριστη ποσότητα θερμότητας καταστρέφει την τάξη. Εκτός από μια ειδική περίπτωση.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες τα βέλη πάνω-κάτω ωθούνται μεταξύ τους προς ευθυγράμμιση – π.χ. όλα προς τα πάνω – ενώ τα ελεύθερα βέλη δείχνουν σε τυχαίες κατευθύνσεις. Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, θα περίμενε κανείς ότι η θερμική ενέργεια αρχίζει να διαταράσσει βίαια όλα τα βέλη, εξαφανίζοντας κάθε ευθυγράμμιση. Αλλά δεν το κάνει. Τα ελεύθερα βέλη περιστρέφονται τυχαία περισσότερο, σταθεροποιώντας τη μαγνητική διάταξη των βελών πάνω-κάτω. Κι αυτή η διάταξη επιβιώνει ακόμη και όταν η θερμοκρασία μεγαλώνει όλο και περισσότερο τείνοντας να γίνει άπειρη. Η μαγνητική τάξη δεν λιώνει ποτέ.Το φαινόμενο λειτουργεί καλύτερα όταν τα ανεξάρτητα βέλη έχουν μεγαλύτερη ελευθερία. Ο Komargodski φαντάζεται βέλη που είναι ελεύθερα να δείχνουν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση σε έναν αφηρημένο χώρο εκατοντάδων διαστάσεων. Ωστόσο, αυτές δεν χρειάζεται να είναι κυριολεκτικά κατευθύνσεις στον πραγματικό χώρο. Αντιπροσωπεύουν όλους τους τρόπους με τους οποίους το πεδίο μπορεί να διαφέρει μαθηματικά από σημείο σε σημείο.Το 2020, ο Komargodski και οι συνεργάτες του υπολόγισαν ότι ο μαγνητισμός θα αντέξει σε ένα τέτοιο το σύστημα ακόμη κι όταν η θερμοκρασία γίνεται άπειρη, αλλά τα μαθηματικά τους βασίστηκαν στην υπόθεση ότι οι πιθανότητες δεν χρειάζεται να αθροίζονται ακριβώς στο 100% – κι αυτό είναι μια φυσική και λογική αδυναμία.Εγκατέλειψαν την αναζήτηση μιας πλήρους απόδειξης μέχρι το προηγούμενο φθινόπωρο, όταν οι φυσικοί Michael Scherer, Junchen Rong και Bilal Hawashin έδωσαν νέα ώθηση στο ζήτημα. Αποκατέστησαν στο 100% τις πιθανότητες (με το τίμημα της παράβλεψης ορισμένων ήπιων μαγνητικών αλληλεπιδράσεων) και διαπίστωσαν ότι η τάξη παρέμεινε για βέλη που περιστρέφονταν σε μόλις 15 αφηρημένες διαστάσεις. Η εργασία τους ενέπνευσε τους φυσικούς Komargodski και Fedor Popov, να επιστρέψουν στο πρόβλημα και τελικά να βρουν μια αυστηρή απόδειξη της αναλλοίωτης τάξης που ξεπερνά όλες τις προηγούμενες ελλείψεις. Έκαναν μια προδημοσίευση της εργασίας τους τον περασμένο Δεκέμβριο και την υπέβαλλαν προς δημοσίευση σε περιοδικό με κριτές.Γνωρίζοντας ότι η τάξη θεωρητικά μπορεί να επιβιώσει σε οποιαδήποτε ποσότητα θερμότητας, αυτό με τη σειρά του μπορεί να επηρεάσει τις θεωρίες για τη γέννηση του σύμπαντος. Μέχρι σήμερα οι κοσμολόγοι θεωρούν ότι η τάξη αναπτύχθηκε καθώς η κόλαση του νεαρού σύμπαντος ψύχθηκε. Όμως, η πρόσφατη δημοσίευση επισημαίνει μη αναμενόμενες παράξενες δυνατότητες.Αυτός ο νέος τρόπος θερμο-αντοχής των κβαντικών μοτίβων μπορεί επίσης να εμπνεύσει τους φυσικούς που μελετούν ευαίσθητα φαινόμενα όπως η υπεραγωγιμότητα, μια φάση της ύλης στην οποία το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει χωρίς αντίσταση. Κανονικά, η αύξηση της θερμοκρασίας διαταράσσει την κβαντική τάξη που καθιστά δυνατή την υπεραγωγιμότητα, περιορίζοντας τις εφαρμογές της. Αλλά ίσως σε ένα υλικό που δανείζεται βασικά χαρακτηριστικά από την νέα θερμοανθεκτική μαγνητική θεωρία, θα μπορούσε να παραμένει υπεραγωγός σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.Προς το παρόν παραμένει αμφίβολο αν αυτή η μεγαλεπίβολη θεωρητική προσδοκία χωράει στο μικρό καλάθι που συνήθως κρατάνε οι πειραματικοί φυσικοί.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο περιοδικό Quantamagazine: https://www.quantamagazine.org/heat-destroys-all-order-except-for-in-this-one-special-case-20250116/

[Δροσος Γεωργιος]

Μια φυσική ιστορία του μέλλοντος.

Οι νόμοι της βιολογίας και το πεπρωμένο της ανθρωπότητας

Κυκλοφόρησε από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης ένα εξαιρετικά επίκαιρο βιβλίο που περιγράφει με τρόπο κατανοητό για τους μη ειδικούς, τις βασικές αρχές της εξελικτικής οικολογίας. Κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα, το είδος µας προχώρησε σε πρωτοφανείς τεχνολογικές πρωτοβουλίες µε τις οποίες επιχείρησε να ελέγξει τη φύση. Δηµιουργώντας παραποτάµια αναχώµατα, τεράστιες αγροτικές µονάδες µε µονοκαλλιέργειες και άλλες παρόµοιας κλίµακας κατασκευές προσπαθούµε και σήµερα να αναδιαµορφώσουµε τη φύση µε βάση τις δικές µας αποκλειστικά ανάγκες – σε τέτοιον βαθµό, µάλιστα, που φαίνεται ότι, στο τέλος, µπορεί και να την καταστρέψουµε. Στο βιβλίο αυτό, ο βιολόγος Ροµπ Νταν υποστηρίζει πως τίποτα δεν θα µπορούσε να απέχει περισσότερο απ’ την αλήθεια: αντί να αναρωτιόµαστε αν η φύση θα καταφέρει να επιβιώσει από εµάς, θα ήταν προτιµότερο να διερωτηθούµε αν θα επιβιώσουµε εµείς από αυτήν. Παρά τις καλύτερες –ή τις χειρότερες– προσπάθειές µας να θέσουµε υπό έλεγχο τον βιολογικό κόσµο, η ζωή έχει τους δικούς της κανόνες, τους οποίους καµιά ανθρώπινη παρέµβαση δεν µπορεί ν’ αλλάξει. Ρίχνοντας άπλετο φως σε αρκετούς θεµελιώδεις νόµους της οικολογίας, της εξέλιξης και της βιογεωγραφίας, ο Νταν µάς δείχνει για ποιους λόγους τη ζωή δεν µπορεί να τη σταµατήσει κανείς. Οργανώνουµε τις καλλιέργειές µας σε χωράφια αποκλειστικά µε ένα είδος, µόνο και µόνο για ν’ ανακαλύψουµε ότι µια νέα µορφή ζωής έχει ήδη εµφανιστεί και τους επιτίθεται. Απορρίπτουµε τα τοξικά µας απόβλητα κι αµέσως βλέπουµε ότι τα έχουν αποικήσει διάφοροι µικροοργανισµοί. Ακόµα και στο µετρό του Λονδίνου είδαµε να εµφανίζεται ένα νέο είδος κουνουπιού ικανό να εκµεταλλεύεται το φαινοµενικά αφιλόξενο περιβάλλον του. Τη ζωή δεν θα την καταστείλουν ούτε τα τελειότερα σχέδιά µας. Αντίθετα, ο Νταν µάς εξηγεί ότι εκείνο που πράγµατι διακυβεύεται είναι το δικό µας µέλλον. Η Φυσική ιστορία του µέλλοντος θέτει εντελώς νέα πρότυπα για να κατανοήσουµε την ποικιλοµορφία της ζωής στον πλανήτη µας, αλλά και το πεπρωµένο του ίδιου του ανθρώπινου είδους. 

διαβάστε ένα απόσπασμα από το βιβλίο ΕΔΩ

https://cup.gr/wp-content/uploads/2024/12/FYSIKH-ISTORIA-MELLONTOS-sample.pdf

(*) Ο Rob Dunn είναι αµερικανός βιολόγος και συγγραφέας, καθηγητής Εφαρµοσµένης Οικολογίας στο Πολιτειακό Πανεπιστήµιο της Βόρειας Καρολίνας. Επιστήµονας µε τεράστιο πεδίο ενδιαφερόντων, έχει πραγµατοποιήσει επιτόπιες έρευνες στο Εκουαδόρ, την Κόστα Ρίκα, το Περού, τη Βολιβία, την Αυστραλία και σε πολλές τοποθεσίες της Βόρειας Αµερικής. Είναι γνωστός για τις προσπάθειές του να εντάξει ερασιτέχνες και µη επαγγελµατίες σε επιστηµονικά ερευνητικά προγράµµατα, υποστηρίζοντας την ιδέα του πολίτη-επιστήµονα (citizen scientist). Άλλα σηµαντικά βιβλία του: The Wild Life of Our Bodies (2011), Never Out of Season: How Having the Food We Want When We Want It Threatens Our Food Supply and Our Future (2017), Never Home Alone (2018).

πηγή: https://cup.gr/book/mia-fysiki-istoria-toy-mellontos/

[Δροσος Γεωργιος]

Πόσο επικίνδυνη είναι η αντιύλη;

Ίσως η πιο επικίνδυνη και ασταθής ουσία που γνωρίζει η ανθρωπότητα είναι η αντιύλη. Συνδυάστε την με την ύλη και θα εξαφανιστεί, απελευθερώνοντας μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Οι φυσικοί όχι μόνο ξέρουν πώς να φτιάχνουν αντιύλη, αλλά προσπαθούν να την συγκεντώσουν και να την μεταφέρουν. Ακούγεται επικίνδυνο. Είναι στ’ αλήθεια;Η μελέτη των ιδιοτήτων της αντιύλης είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να κατανοήσουμε μερικούς από τους πιο βασικούς νόμους της φύσης. Οι επιστήμονες έχουν ήδη αναπτύξει τεχνικές για τη μελέτη μεμονωμένων σωματιδίων ύλης, όπως τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια, και ελπίζουν ότι θα καταφέρουν το ίδιο πράγμα με τα αντίστοιχα της αντιύλης. Αν τα πειράματα αποκαλύψουν διαφορές μεταξύ ύλης και αντιύλης θα είναι μια πολύ σημαντική ανακάλυψη. Οι φυσικοί του CERN, αναπτύσουν μαγνητικές παγίδες που παγιδεύουν αντιπρωτόνια και μπορούν έτσι να τα μεταφέρουν. Αυτό σημαίνει ότι στο εγγύς μέλλον θα μπορούμε να «ταχυδρομούμε» την αντιύλη. Πόσο επικίνδυνο μπορεί να είναι κάτι τέτοιο; Την απάντηση δίνει η πιο γνωστή εξίσωση στον κόσμο, η εξίσωση του Αϊνστάιν που εκφράζει την ισοδυμαμία μάζας-ενέργειας: Ε=mc2 , όπου m είναι η μάζα και c=300.000.000 m/sec(μέτρα ανά δευτερόλεπτο), η ταχύτητα του φωτός που υψώνεται στο τετράγωνο δίνοντας έναν τεράστιο αριθμό.Πάρτε για παράδεiγμα 1 g (γραμμάριο) αντιύλης και ένα γραμμάριο ύλης, συνολικά δύο γραμμάρια ή 0,002 kg (κιλά). Πολλαπλασιάζοντας με την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο παίρνουμε ένα τεράστιο ποσό ενέργειας 1,8.1014Joules.Ένα Joule είναι μονάδα μέτρησης ενέργειας. Ένα Joule μπορεί να αυξήσει την θερμοκρασία περίπου 4 γραμμαρίων νερού κατά 1οC. Όμως 1,8.1014Joules είναι πάρα πολλά. Ως τάξη μεγέθους ισοδυναμεί με την ενέργεια που απελευθερώθηκε από τις ατομικές βόμβες που έδωσαν τέλος στον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο. Κι αυτό ακούγεται τρομακτικό. Και γίνεται ακόμα πιο τρομακτικό γιατί η αντιύλη δεν είναι επιστημονική φαντασία. Είναι αληθινή.Όμως η παραγωγή αντιύλης του CERN είναι ελάχιστη. Συγκριτικά, από το 1985 έως το 2011, το Fermilab λειτουργούσε ως το πιο ισχυρό εργοστάσιο παραγωγής αντιύλης στον πλανήτη. Συνολικά παρήγαγε περίπου 250 δισεκατομμύρια αντιπρωτόνια ανά ώρα. Έτσι, αν οι εγκαταστάσεις του Fermilab λειτουργούσαν 24 ώρες την ημέρα χωρίς διακοπή, τότε θα χρειάζονταν 280 εκατομμύρια χρόνια για να παραχθεί ένα γραμμάριο αντιύλης! Πρόκειται για ένα τρομερά μεγάλο χρονικό διάστημα. Πριν από 280 εκατομμύρια χρόνια δεν είχαν εμφανιστεί ούτε οι δεινόσαυροι. Αν αθροίζαμε όλα τα αντιπρωτόνια που δημιουργήθηκαν στο Fermilab, τότε θα παίρναμε περίπου 20 νανογραμμάρια αντιύλης. Η συνολική ενέργεια που θα απελευθερωνόταν αν εξαϋλώνονταν 20 νανογραμμάρια αντιύλης με την αντίστοιχη ύλη, αρκεί για να θερμάνουμε ένα κυβικό μέτρο καφέ από την θερμοκρασία δωματίου μέχρι την θερμοκρασία σερβιρίσματός του. Αλλά τι να σου κάνει ένα κυβικό μέτρο καφέ την άνοιξη, όταν βάζεις τα ρολόγια μια ώρα μπροστά εφαρμόζοντας την ηλιθιότητα της θερινής ώρας;Αν δεν σας αρέσει η αναλογία του καφέ, ισοδύναμη είναι ποσότητα της ενέργειας που θα ζεστάνει αρκετό νερό για να κάνετε ένα χαλαρωτικό μπάνιο. Αν κάποιος μπορούσε να δημιουργήσει ένα γραμμάριο αντιύλης, τότε ναι θα έπρεπε να ανησυχούμε. Αλλά η αντιύλη είναι τρομερά δύσκολο να δημιουργηθεί σε μεγάλες, άρα και επικίνδυνες ποσότητες. Για παράδειγμα, αν χρησιμοποιούσαμε τους σύγχρονους επιταχυντές και κατασκευάζαμε μια εξειδικευμένη μονάδα συνεχούς παραγωγής αντιύλης, ακόμα και τότε θα χρειαζόταν περίπου ένα εκατομμύριο χρόνια για να φτιάξουμε ένα μόνο γραμμάριο αντιύλης!

Για περισσότερες λεπτομέρειες παρακολουθείστε το βίντεο με τον Don Lincoln που ακολουθεί: