Πέμπτη, 30 Αυγούστου 2018

Το λεπτομερές διάγραμμα ενός τερατώδους γαλαξία. Unstoppable Monster in the Early Universe

Καλλιτεχνική απεικόνιση του γαλαξία «τέρας» COSMOS-AzTEC-1. Ο γαλαξίας αυτός βρίσκεται σε απόσταση 12,4 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη και τα άστρα στο εσωτερικό του σχηματίζονται 1000 φορές πιο γρήγορα απ’ ότι στον Γαλαξία μας. Artist’s impression of the monster galaxy COSMOS-AzTEC-1. This galaxy is located 12.4 billion light-years away and is forming stars 1000 times more rapidly than our Milky Way Galaxy. ALMA observations revealed dense gas concentrations in the disk, and intense star formation in those concentrations. Credit: National Astronomical Observatory of Japan

Ομάδα Ιαπώνων αστρονόμων δημιούργησε την πιο λεπτομερή ανατομία ενός γαλαξία «τέρας», που βρίσκεται 12,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Οι γαλαξίες «τέρατα» πιστεύεται ότι είναι οι πρόγονοι των τεράστιων ελλειπτικών γαλαξιών του σημερινού Σύμπαντος, επομένως τα νέα ευρήματα  ανοίγουν το δρόμο για καλύτερη κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των συγκεκριμένων γαλαξιών.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το σύστημα ALMA ανακάλυψαν λοιπόν ότι τα μοριακά νέφη στον γαλαξία «τέρας» είναι εξαιρετικά ασταθή, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό άστρων.

«Ένα από τα καλύτερα πλεονεκτήματα του ALMA είναι ότι μας επιτρέπει να δούμε μακρινούς γαλαξίες σε υψηλή ανάλυση», εξηγεί ο Κενίτσι Ταντάκι, μεταδιδακτορικός ερευνητής της Ιαπωνικής Εταιρείας Προώθησης της Επιστήμης και του Εθνικού Αστρονομικού Παρατηρητηρίου της Ιαπωνίας, συγγραφέας της μελέτης, σε σχετικό άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Nature.

Οι γαλαξίες «τέρατα» δημιουργούν νέα άστρα με εκπληκτικό ρυθμό, 1.000 φορές μεγαλύτερο από το σχηματισμό άστρων στο Γαλαξία μας.

Γιατί είναι τόσο δραστήριοι;

Monster galaxy COSMOS-AzTEC-1 observed with ALMA. ALMA revealed the distribution of molecular gas (left) and dust particles (right). In addition to the dense cloud in the center, the research team found two dense clouds several thousand light-years away from the center. These dense clouds are dynamically unstable and thought to be the sites of intense star formation. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tadaki et al.

Για να μπορέσουν να απαντήσουν σε αυτό το καίριο ερώτημα, οι ερευνητές θα πρέπει να γνωρίζουν το περιβάλλον των αστρικών «φυτωρίων». Η κατάρτιση λοιπόν λεπτομερών χαρτών των μοριακών νεφών είναι ένα σημαντικό βήμα για τη μελέτη του κοσμικού αυτού τέρατος.

Ο Ταντάκι και οι συνεργάτες του εστίασαν στον χιμαιρικό γαλαξία COSMOS-AzTEC-1. Αυτός ο γαλαξίας ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά με το τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell και αργότερα το Μεγάλο Χιλιομετρικό Τηλεσκόπιο (LMT) βρήκε μια τεράστια ποσότητα αερίου μονοξειδίου του άνθρακα στον γαλαξία και αποκάλυψε την αστρική του έκρηξη.

Το LMT μέτρησε επίσης την απόσταση από τον γαλαξία και διαπίστωσαν ότι είναι 12,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το COSMOS-AzTEC-1 είναι πλούσιο σε αστρικά συστατικά, αλλά και πάλι τους ήταν δύσκολο να κατανοήσουν τη φύση του κοσμικού αερίου στο γαλαξία.

Η ομάδα χρησιμοποίησε το σύστημα ALMA για να παρατηρήσει τον γαλαξία «τέρας» και να καταρτίσει έτσι έναν λεπτομερή χάρτη της κατανομής και της κίνησης του αερίου. Χάρη στην πιο εκτεταμένη κεραία του ALMA πρόκειται για τον υψηλότερης ανάλυσης μοριακό χάρτη αερίου ενός μακρινού γαλαξία «τέρας» που έγινε ποτέ.

«Βρήκαμε ότι υπάρχουν δύο ξεχωριστά μεγάλα νέφη αρκετά χιλιόμετρα μακριά από το κέντρο. Στους περισσότερους μακρινούς γαλαξίες, τα αστέρια σχηματίζονται στο κέντρο, οπότε είναι εκπληκτικό να βρούμε νέφη εκτός του κέντρου», εξηγεί ο Ταντάκι.

Οι αστρονόμοι διερεύνησαν περαιτέρω τη φύση του αερίου στο COSMOS-AzTEC-1 και διαπίστωσαν ότι τα νέφη σε όλο τον γαλαξία είναι πολύ ασταθή, κάτι που είναι ασυνήθιστο. Σε μια κανονική κατάσταση, η εσωτερική βαρύτητα και η προς τα έξω πίεση είναι ισορροπημένα στα νέφη. Όταν η βαρύτητα ξεπεράσει την πίεση, το νέφος αερίου σπάει και σχηματίζει αστέρια με γρήγορο ρυθμό. Στη συνέχεια, τα αστέρια και οι εκρήξεις του σουπερνόβα στο τέλος του αστρικού κύκλου ζωής εκρήγνουν αέρια, τα οποία αυξάνουν την προς τα έξω πίεση. Ως αποτέλεσμα, η βαρύτητα και η πίεση φτάνουν σε ισορροπημένη κατάσταση και η διαμόρφωση των αστεριών συνεχίζεται με μέτριο ρυθμό. Με αυτό τον τρόπο ο σχηματισμός ενός άστρου στους γαλαξίες είναι αυτορυθμιζόμενος. Όμως, στον COSMOS-AzTEC-1, η πίεση είναι πολύ ασθενέστερη από τη βαρύτητα και είναι δύσκολο να εξισορροπηθεί. Επομένως αυτός ο γαλαξίας δείχνει έναν δραπευτεύοντα σχηματισμό αστεριών και έχει μεταμορφωθεί σε έναν γαλαξία «τέρας».

Η ομάδα εκτιμά ότι το αέριο μονοξειδίου του άνθρακα στον COSMOS-AzTEC-1 θα καταναλωθεί εντελώς σε 100 εκατομμύρια χρόνια, το οποίο είναι 10 φορές ταχύτερο από ό,τι σε άλλους γαλαξίες.

Γιατί είναι τόσο ασταθές το αέριο μονοξειδίου του άνθρακα στο COSMOS-AzTEC-1;

Οι ερευνητές δεν έχουν ακόμα μια οριστική απάντηση σ’ αυτό το ερώτημα, αλλά η συγχώνευση γαλαξιών είναι μια πιθανή αιτία.

Η σύγκρουση των γαλαξιών μπορεί να έχει μεταφέρει αποτελεσματικά το αέριο μονοξειδίου του άνθρακα σε μια μικρή περιοχή και αυτό να έχει προκαλέσει έναν έντονο σχηματισμό άστρων.

«Αυτή τη στιγμή, δεν έχουμε καμία ένδειξη συγχώνευσης σε αυτόν τον γαλαξία. Παρατηρώντας άλλους παρόμοιους γαλαξίες με το ALMA, θέλουμε να αποκαλύψουμε τη σχέση μεταξύ των συγχωνεύσεων γαλαξιών και των γαλαξιών ‘τεράτων’», καταλήγει ο Ταντάκι.




Ο νευρικός «άτλας» των θηλαστικών. Detailed atlas of the nervous system created

Δημιουργήθηκε ο αναλυτικότερος χάρτης του νευρικού συστήματος του ποντικού που αναμένεται να ρίξει φως στα αίτια των νόσων και να οδηγήσει σε νέες θεραπείες. Researchers at Karolinska Institutet have created a systematic and detailed map of the cell types of the mouse nervous system. The map, which can provide new clues about the origin of neurological diseases, is presented in the journal Cell. The researchers will now use the same methods to map out the human brain on a detailed level.

Ερευνητές του Ινστιτούτου Καρολίνσκα στη Στοκχόλμη δημιούργησαν έναν αναλυτικό χάρτη του νευρικού συστήματος του ποντικού, στον οποίο περιλαμβάνονται οι ακριβείς θέσεις των πολλών διαφορετικών κυτταρικών τύπων στον εγκέφαλο. Πρόκειται για τη μεγαλύτερη μελέτη «χαρτογράφησης» του νευρικού συστήματος θηλαστικών.

Εφαρμογή πρωτοποριακής τεχνολογίας

Όπως αναφέρουν οι επιστήμονες στην επιθεώρηση «Cell», προκειμένου να χαρτογραφήσουν με λεπτομέρεια την ποικιλία των κυττάρων του νευρικού συστήματος, εφήρμοσαν μια νέα τεχνολογία που αφορά αλληλούχηση του RNA του κάθε κυττάρου ξεχωριστά – ουσιαστικώς η μέθοδος μετρά την έκφραση των γονιδίων σε κάθε κύτταρο. Η γονιδιακή έκφραση είναι η διαδικασία μέσω της οποίας οι πληροφορίες που «κουβαλά» ένα κύτταρο συντίθενται ώστε να δημιουργηθεί ένα λειτουργικό «προϊόν», όπως μια πρωτεΐνη.

Μετρώντας λοιπόν τη γονιδιακή δραστηριότητα μεμονωμένων κυττάρων από συγκεκριμένες περιοχές του νευρικού συστήματος οι ερευνητές δημιούργησαν ένα προφίλ για κάθε κυτταρικό τύπο. Με βάση αυτά τα προφίλ έγινε τελικώς η χαρτογράφηση, που είναι η πιο συστηματική που έχει γίνει ποτέ.

Ο μεσαιωνικός χάρτης και η δορυφορική εικόνα

Sten Linnarson, professor at the Department of Medical Biochemistry and Biophysics at Karolinska Institute. Foto: Ulf Sirborn

«Μπορεί κάποιος να το συγκρίνει με τη διαφορά ανάμεσα σε έναν μεσαιωνικό χάρτη και μια δορυφορική εικόνα: χιλιάδες λεπτομέρειες που μέχρι πρότινος ήταν αόρατες καθίστανται ορατές με τη χρήση των νέων τεχνικών και έτσι τελικώς ολόκληρος ο χάρτης καθίσταται πολύ πιο αξιόπιστος» ανέφερε ο Στεν Λίναρσον, καθηγητής στο Τμήμα Ιατρικής Βιοχημείας και Βιοφυσικής στο Ινστιτούτο Καρολίνσκα σε σχετικό δελτίο Τύπου.

Το νευρικό σύστημα αποτελείται από μια ευρεία γκάμα κυττάρων – ένας από τους βασικότερους τύπους είναι τα νευρογλοιακά κύτταρα τα οποία με τη σειρά τους περιλαμβάνουν πολλά είδη κυττάρων (π.χ. αστροκύτταρα, ολιγοδενδροκύτταρα, μικρογλοία). Τα κύτταρα αυτά έχουν πολύ ουσιαστικό υποστηρικτικό και προστατευτικό ρόλο και ξεπερνούν σε αριθμό τα νευρικά κύτταρα. Μπορούν επίσης να παράγουν μυελίνη, την ουσία που περιβάλλει τις νευρικές ίνες και η οποία σταδιακά καταστρέφεται στην πολλαπλή σκλήρυνση.

Στο νευρικό σύστημα εντοπίζονται όμως και κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος τα οποία έχουν ως καθήκον να επιτηρούν και να προστατεύουν από επικίνδυνους «εισβολείς», όπως είναι τα βακτήρια και οι ιοί. Εντοπίζονται επίσης κύτταρα από τα οποία δημιουργούνται αιμοφόρα αγγεία και μεμβράνες.

265 διαφορετικοί κυτταρικοί τύποι

Οι ερευνητές με χρήση της προηγμένης τεχνικής αλληλούχησης του RNA ανακάλυψαν άγνωστους μέχρι σήμερα κυτταρικούς τύπους, επιτυγχάνοντας μάλιστα να προσδιορίσουν τη θέση τους με υψηλή ακρίβεια.

Η χαρτογράφηση αφορούσε διαφορετικούς ιστούς ποντικών, συμπεριλαμβανομένων ιστών του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού (κεντρικό νευρικό σύστημα), των γαγγλίων που περιβάλλουν τον νωτιαίο μυελό (περιφερικό νευρικό σύστημα) καθώς και ιστών του νευρικού συστήματος που ελέγχουν το έντερο (εντερικό νευρικό σύστημα). Τελικώς εντοπίστηκαν 265 διαφορετικοί τύποι κυττάρων ενώ οι επιστήμονες είδαν ότι τη μεγαλύτερη ποικιλομορφία παρουσιάζουν οι νευρώνες με περισσότερους από 200 διαφορετικούς τύπους.

Ένα από τα πιο αναπάντεχα ευρήματα ήταν ότι τα αστροκύτταρα εμφανίζουν πολύ μεγαλύτερη ποικιλομορφία από ό,τι πιστευόταν ως σήμερα και ότι πιθανότατα κατέχουν πολύ διακριτούς ρόλους σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Τα αστροκύτταρα είναι κύτταρα που ονομάζονται έτσι ακριβώς επειδή έχουν το σχήμα άστρου και επιτελούν πολλαπλές λειτουργίες, όπως το να παρέχουν θρεπτικές ουσίες στο νευρικό σύστημα, αλλά και το να βοηθούν στη διαδικασία «επιδιόρθωσης» και επούλωσης του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού μετά από τραυματισμούς.

Φως στη «ρίζα» νευρολογικών νόσων

Basic Diagram of CNS (Central Nervous System) and PNS (Peripheral Nervous System). Source: Travis S. Patterson, PhD

Τα νέα ευρήματα εκτιμάται ότι θα ρίξουν άπλετο φως στη «ρίζα» διαφορετικών νευρολογικών νόσων, όπως η πολλαπλή σκλήρυνση. «Με τη βοήθεια του νέου άτλαντα του νευρικού συστήματος, οι ερευνητές είναι πλέον σε θέση να «τοποθετήσουν» συγκεκριμένα γονίδια που σχετίζονται με συγκεκριμένες νόσους σε συγκεκριμένους κυτταρικούς τύπους, γεγονός που θα παράσχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το πώς ξεκινά η κάθε νόσος» ανέφερε ο καθηγητής Λίναρσον και πρόσθεσε ότι μακροπρόθεσμα η καινούργια αυτή γνώση αναμένεται να συνεισφέρει σημαντικά στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων και άλλων θεραπειών.

Επόμενος στόχος για την ερευνητική ομάδα είναι να αποκαλύψει την αρχιτεκτονική του ανθρώπινου εγκεφάλου με χρήση της ίδιας προσέγγισης.

Πηγές: Amit Zeisel et al. Molecular architecture of the mouse nervous system, Cell (2018). DOI: 10.1101/294918 - Karolinska Institutet - http://www.in.gr/2018/08/30/tech/o-neyrikos-atlas-ton-thilastikon/