«Φαντάσματα» αντί για ολογράμματα. Better than holograms: A new 3-D projection into thin air

Επαναστατική τεχνολογία τρισδιάστατων κινούμενων εικόνων. This photo provided by the Dan Smalley Lab at Brigham Young University in January 2018 shows a projected image of researcher Erich Nygaard in Provo, Utah. Scientists have figured out how to manipulate tiny nearly unseen specks in the air and use them to produce images more realistic than most holograms, according to a study published on Wednesday, Jan. 23, 2018, in the journal Nature. (Dan Smalley Lab, Brigham Young University via AP)

Τρισδιάστατα κινούμενα έγχρωμα «φαντάσματα» που εμφανίζονται από το πουθενά και κινούνται στον αέρα και τα οποία είναι καλύτερα από τα ολογράμματα, καθώς συνυπάρχουν αρμονικά με τα φυσικά αντικείμενα, ενώ είναι ορατά από τους πάντες και από κάθε οπτική γωνία, δημιούργησαν ερευνητές στις ΗΠΑ. 

Δείτε ένα βίντεο για τις εικόνες... φαντάσματα. A glowing image resembling a futuristic hologram floats in mid-air. This is a 3D volumetric display. Using a tiny particle suspended in laser light, researchers have been able to create high resolution, colour images that take up real 3D space. Developing this technology could lead to the kind of complex, interactive displays common in science fiction. Credit: nature video

Το επίτευγμα χαιρετίστηκε από άλλους επιστήμονες ως «τεχνολογικός θρίαμβος» και σημαντική πρόοδος, που στρώνει το δρόμο για το «ανακάτεμα» της εικονικής πραγματικότητας με την φυσική πραγματικότητα στο μέλλον, χωρίς να χρειάζεται να φορά κανείς ειδικά γυαλιά ή άλλη συσκευή. 

Η νέα πρωτοποριακή τεχνολογία (με την ονομασία "Optical Trap Display") προβάλλει στον αέρα τρισδιάστατα έγχρωμα γραφικά, τα οποία είναι ορατά από οποιαδήποτε γωνία τα κοιτούν οι παρατηρητές.

Η έμπνευση

3D light projections are ubiquitous in sci-fi films such as the Star Wars series. Physicists’ latest technology comes the closest yet to mimicking fictional projections that can be viewed from all directions. Credit: Lucasfilm Ltd/Kobal/REX/Shutterstock

Τα «φαντάσματα» αυτά, που δείχνουν πιο πραγματικά από τα συνήθη ολογράμματα, παραπέμπουν σε εκείνα που παρουσιάσθηκαν στον «Πόλεμο των Άστρων», με πιο χαρακτηριστική περίπτωση την τρισδιάστατη προβολή στο χώρο της πριγκίπισσας Λέια με τη βοήθεια του ανδροειδούς ρομπότ R2D2.

Professor Daniel Smalley and students. Credit: Nate Edwards, BYU Photo

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Μπρίγκαμ Γιανγκ της Γιούτα, με επικεφαλής τον φυσικό Ντάνιελ Σμόλι, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «Nature» ανέφεραν ότι η τεχνική τους θυμίζει την τρισδιάστατη εκτύπωση, μόνο που γίνεται στον... αέρα.

This photo provided by the Dan Smalley Lab at Brigham Young University in January 2018 shows a projected three-dimensional triangular prism in Provo, Utah. A study on this volumetric display was published in the journal Nature on Wednesday, Jan. 23, 2018. By shining light on specks in the air and then having the particles beam light back out, study lead author Smalley said the new technology is like "you really are printing something in space, just erasing it very quickly." (Dan Smalley Lab, Brigham Young University via AP)

«Η καινοτομία μας είναι ότι δημιουργήσαμε μια πλατφόρμα τρισδιάστατης προβολής, που είναι ικανή να δημιουργεί εικόνες της επιστημονικής φαντασίας» δήλωσε ο Σμόλι.

This photo provided by the Dan Smalley Lab at Brigham Young University in January 2018 shows a projected image of the earth above a finger tip in Provo, Utah. Scientists have figured out how to manipulate tiny nearly unseen specks in the air and use them to produce images more realistic than most holograms, according to a study published on Wednesday, Jan. 23, 2018, in the journal Nature. (Dan Smalley Lab, Brigham Young University via AP)

Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη υπό ανάπτυξη και δεν είναι έτοιμη για πρακτική εφαρμογή σε ευρεία κλίμακα, αν και θεωρείται θέμα χρόνου να συμβεί κάτι τέτοιο. Μέχρι στιγμής οι τρισδιάστατες εικόνες που δημιουργεί, έχουν ανάλυση έως 1.600 dpi. Άλλες σχετικές τεχνολογίες όπως η στερεοσκοπία και η ολογραφία, θεωρούνται κατώτερες, καθώς, μεταξύ άλλων, μειονεκτημάτων, δημιουργούν αντικείμενα που δεν είναι ορατά από κάθε γωνία θέασης.

Πηγές: A photophoretic-trap volumetric display, Nature (2018). nature.com/articles/doi:10.1038/nature25176 - http://www.tovima.gr/science/technology-planet/article/?aid=936810

Κινέζοι ερευνητές πέτυχαν να κλωνοποιήσουν μαϊμούδες. Monkey Clones Created in the Lab. Now What?

Όλο και πιο κοντά η κλωνοποίηση ανθρώπων. Two genetically identical cloned monkeys play in their incubator in Shanghai, China. To see Zhong Zhong and Hua Hua crawl over a giant Hello Kitty stuffed animal and fall over each other, you’d think they were just normal macaques — and indeed, what’s special about them isn’t immediately visible. They’re clones created in China using the same technique that over 20 years ago gave the world Dolly, the first mammal cloned from an adult sheep. Their existence proves that animals as complex as monkeys can be cloned, too. Photo by Qiang Sun and Mu-ming Poo / Chinese Academy of Sciences

Ένα ακόμη βήμα για την κλωνοποίηση ανθρώπων έκαναν επιστήμονες του Ινστιτούτου Νευροεπιστήμης της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στη Σαγκάη, οι οποίοι για πρώτη φορά παγκοσμίως κλωνοποίησαν δύο μαϊμούδες με την ίδια τεχνική που είχε κλωνοποιηθεί η Ντόλι, ένα πρόβατο στη Σκωτία πριν 20 χρόνια περίπου.

Zhong Zhong and Hua Hua are the first of a possible army of cloned monkeys that could aid research into many complex diseases. Credit: New Scientist

Οι μακάκοι Χούα Χούα και Ζονγκ Ζονγκ γεννήθηκαν πριν έξι και οκτώ εβδομάδες αντίστοιχα, όπως ανακοίνωσαν οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Κιανκ Σαν, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο επιστημονικό έντυπο Cell.

Αναπτύσσονται κανονικά και περισσότεροι κλώνοι τους πρόκειται να δημιουργηθούν τους επόμενους μήνες.

This is a photograph of Hua Hua, one of the first monkey clones made by somatic cell nuclear transfer. Photo by Qiang Sun and Mu-ming Poo / Chinese Academy of Sciences

Οι επιστήμονες δήλωσαν ότι οι κλωνοποποιημένες μαϊμούδες, που είναι γενετικά ταυτόσημες, θα χρησιμοποιηθούν σε έρευνες για τις ανθρώπινες ασθένειες, όπως καρκίνους, μεταβολικές και αυτοάνοσες παθήσεις.

Όμως ήδη εκφράστηκαν ανησυχίες από άλλους επιστήμονες ότι ανοίγει ο -κατηφορικός- δρόμος για τη δημιουργία ανθρώπινων κλώνων, ενώ άλλοι επεσήμαναν ότι η κινεζική τεχνική είναι αναποτελεσματική και επικίνδυνη για ανθρώπινη κλωνοποίηση.

Τον δρόμο είχε ανοίξει η Ντόλι, που είχε κλωνοποιηθεί το 1996 στο Ινστιτούτο Ρόσλιν του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου και υπήρξε το πρώτο κλωνοποιημένο θηλαστικό από ενήλικο κύτταρο. Έκτοτε πολλά άλλα θηλαστικά έχουν κλωνοποιηθεί, όπως αγελάδες, χοίροι, κουνέλια, σκύλοι, γάτες και τρωκτικά.

In a controversial milestone, researchers have cloned a pair of macaques using a method that could, in theory, be used to clone humans. Credit: (Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2018.01.020)

Η τεχνική περιλαμβάνει τη μεταφορά DNA από τον πυρήνα ενός σωματικού (μη εμβρυικού) κυττάρου στο ωάριο ενός δωρητή, από το οποίο έχει αφαιρεθεί ο πυρήνας με το δικό του DNA. Το ωάριο γονιμοποιείται και το αναπτυσσόμενο έμβρυο εμφυτεύεται στη μήτρα ενός θηλυκού ζώου που παίζει το ρόλο παρένθετης μητέρας.

Credit: New Scientist

Οι Ζονγκ Ζονγκ και Χούα είναι τα πρώτα πρωτεύοντα (περιλαμβάνουν τις μαϊμούδες, τους πιθήκους και τον άνθρωπο) που κλωνοποιούνται με αυτή τη μέθοδο. Χρειάστηκαν 79 αποτυχημένες προσπάθειες, ωσότου οι Κινέζοι το καταφέρουν, ενώ διαβεβαίωσαν ότι ακολούθησαν αυστηρά τους διεθνείς κανονισμούς και τις ηθικές προδιαγραφές για τις έρευνες σε ζώα.

Οι Κινέζοι ερευνητές διευκρίνισαν ότι, αν και έσπασαν το τεχνικό φράγμα για την κλωνοποίηση πρωτευόντων, δεν σκοπεύουν να επιδιώξουν την κλωνοποίηση ανθρώπων.

Πηγές: http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674%2818%2930057-6 - https://news.nationalgeographic.com/2018/01/monkey-clones-dolly-sheep-china-medicine-science/ - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=936731

Είδος προς εξαφάνιση οι άνδρες; The end of men?

Pablo Picasso, Homme À La Moustache, Man With The Moustache, 1971. Η φύση δεν... ευνοεί την παρουσία των ανδρών σύμφωνα με ορισμένους ειδικούς. Το χρωμόσωμα Υ έχει μπει σε πορεία εξαφάνισης, αλλά αυτή θα είναι μια αργή διαδικασία. A man possesses XY sex chromosomes and women have XX. The Y chromosome is important in reproduction but has little other function critical for life, as a result the chromosome has become shrivelled and small over many generations.

Τα τελευταία χρόνια εξελίσσεται στην επιστημονική κοινότητα μια έντονη αντιπαράθεση σχετικά με το μέλλον των... ανδρών. Αρχικά εμφανίσθηκαν κάποιες μελέτες που έδειχναν ότι το χρωμόσωμα Υ (που καθορίζει το άρρεν φύλλο) σταδιακά συρρικνώνεται σε σημείο εξαφάνισης! Στην συνέχεια εμφανίστηκαν άλλες μελέτες που αντέκρουαν τα ευρήματα και τα επιχειρήματα των δυσοίωνων μελετών για το χρωμόσωμα Υ.

Η συζήτηση αναζωπυρώνεται με μια νέα μελέτη που υπογράφουν ο Πίτερ Έλις και ο Ντάρεν Γκρίφιν, καθηγητές του Πανεπιστημίου του Κεντ στην Βρετανία. Οι δύο επιστήμονες υποστηρίζουν ότι το χρωμόσωμα Υ έχει μπει σε πορεία εξαφάνισης αλλά προς αποφυγή ανησυχίας αυτό δεν πρόκειται να συμβεί σύντομα, αλλά θα είναι μια αργή διαδικασία που θα διαρκέσει περίπου πέντε εκατομμύρια έτη.

Είναι γνωστό ότι τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν 23 ζευγάρια χρωμοσωμάτων, που δίνουν συνολικά 46 χρωμοσώματα ανά κύτταρο. Το χρωμόσωμα Υ φέρει το γονίδιο SRY που καθορίζει αν ένα έμβρυο θα αναπτυχθεί ως αρσενικό (XY) ή θηλυκό (XX). Το χρωμόσωμα Υ περιέχει πολύ λίγα άλλα γονίδια και είναι το μόνο χρωμόσωμα που δεν είναι απαραίτητο για τη ζωή αφού οι γυναίκες επιβιώνουν μια χαρά χωρίς αυτό. Έχει διαπιστωθεί ότι το χρωμόσωμα Υ διέθετε εκατοντάδες γονίδια αλλά στην διαδικασία της εξέλιξης απώλεσε σχεδόν το 90% εξ αυτών.

The Y chromosome is one of the sex chromosomes in animals and is responsible for the sex determination of unborn offspring. The chromosome is shrinking and is at risk of disappearing in the future. 

Κάποιοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η διαδικασία της απώλειας γονιδίων για το χρωμόσωμα Υ έχει σταματήσει, ενώ άλλοι όπως ο Έλις και ο Γκρίφιν ότι η διαδικασία αυτή συνεχίζεται και θα ολοκληρωθεί με την εξαφάνιση του χρωμοσώματος. 

Το μεγάλο μειονέκτημα του χρωμοσώματος Υ σε σχέση με όλα τα άλλα χρωμοσώματα είναι ότι, ενώ σε όλα τα χρωμοσώματα οι άνθρωποι έχουμε από δύο αντίγραφά τους σε κάθε κύτταρό μας, το χρωμόσωμα Y είναι πάντα παρόν μόνο ως ένα αντίγραφο, αυτό που περνά από τους πατέρες στους γιους τους. Αυτό σημαίνει ότι τα γονίδια στο χρωμόσωμα Y δεν ανασυνδυάζονται, διαδικασία που συμβαίνει σε κάθε νέα γενιά και βοηθά στην εξάλειψη των βλαβερών γονιδιακών μεταλλάξεων. Χωρίς τα πλεονεκτήματα του ανασυνδυασμού, τα γονίδια του χρωμοσώματος Y εκφυλίζονται με την πάροδο του χρόνου και τελικά χάνονται από το γονιδίωμα.

Κάποιες μελέτες έδειξαν ότι το χρωμόσωμα Υ κατάφερε να αναπτύξει ένα αμυντικό μηχανισμό απέναντι στην συρρίκνωση ή καλύτερα ένα μηχανισμό που εμποδίζει την περαιτέρω μείωση των γονιδίων του.

The scientific community is divided about the future of the Y chromosome. AFP/Getty

Οι δύο καθηγητές του Πανεπιστημίου του Κεντ όμως έρχονται τώρα να υποστηρίξουν ότι η συρρίκνωση συνεχίζεται προκαλώντας όπως είναι ευνόητο την συνέχιση του επιστημονικού debate γύρω από το θέμα αυτό, που είναι βέβαιο ότι θα μας απασχολήσει σύντομα ξανά με νέες παρεμβάσεις ειδικών.

Πηγές: https://academic.oup.com/mbe/article-abstract/34/12/3186/4211124 - http://news.in.gr/science-technology/article/?aid=1500193033

Πιθανόν κατοικήσιμοι δύο πλανήτες του άστρου Trappist-1. TRAPPIST-1 system planets potentially habitable

Το εν λόγω άστρο, ένας αχνός ερυθρός νάνος σε απόσταση 39 ετών φωτός, ανακαλύφθηκε πέρυσι ότι διαθέτει επτά πλανήτες που όλοι έχουν περίπου το μέγεθος της Γης. Two exoplanets orbiting Trappist-1 are likely to be habitable, new research has revealed. Since Nasa  announced the discovery of seven Earth-like planets just 39 light-years away, imaginations have run wild as to what life could potentially exist on them (artist's impression).

Δύο εξωπλανήτες του άστρου Trappist-1 είναι πολύ πιθανό να είναι φιλόξενοι για ζωή, σύμφωνα με νέες εκτιμήσεις επιστημόνων.

Earth-sized worlds are orbiting a dwarf star known as Trappist-1. No other star system known contains such a large number of Earth-sized and probably rocky planets (artist's impression).

Το εν λόγω άστρο, ένας αχνός ερυθρός νάνος σε απόσταση 39 ετών φωτός, ανακαλύφθηκε πέρυσι ότι διαθέτει επτά πλανήτες που όλοι έχουν περίπου το μέγεθος της Γης.

Το γεγονός έχει δημιουργήσει έκτοτε μεγάλο ενδιαφέρον στην επιστημονική κοινότητα, καθώς είναι η πρώτη φορά που βρέθηκαν τόσοι «γήινοι» πλανήτες γύρω από το ίδιο άστρο.

Η νέα μελέτη, με επικεφαλής την Έιμι Μπαρ του Ινστιτούτου Πλανητικής Επιστήμης των ΗΠΑ, που θα δημοσιευθεί στο επιστημονικό έντυπο Astronomy & Astrophysics, εκτιμά -με βάση μαθηματικούς υπολογισμούς - ότι οι πλανήτες Trappist-1 d και e είναι οι πιθανότεροι να είναι κατοικήσιμοι λόγω των ήπιων θερμοκρασιών τους και γενικότερα των πιο ευνοϊκών κλιματολογικών συνθηκών τους.

A size comparison of the planets of the TRAPPIST-1 system, lined up in order of increasing distance from their host star. The planetary surfaces are portrayed with an artist’s impression of their potential surface features, including water, ice, and atmospheres. Amy Barr's paper “Interior Structures and Tidal Heating in the TRAPPIST-1 Planets” shows that planets d and e are the most likely to be habitable due to their moderate surface temperatures, modest amounts of tidal heating, and because their heat fluxes are low enough to avoid entering a runaway greenhouse state. Planet d is likely covered by a global water ocean. Credit: NASA/R. Hurt/T. Pyle

Έξι από τους επτά πλανήτες έχουν πιθανώς νερό με μορφή υγρή ή πάγου. Ο d είναι πιθανό να είναι ένας υδάτινος κόσμος, καλυπτόμενος όλος από έναν παγκόσμιο ωκεανό, με θερμοκρασία γύρω στους 15 βαθμούς Κελσίου. O e είναι πιο κρύος, με πιθανές θερμοκρασίες όπως της Ανταρκτικής.

Ο c είναι ο πιθανότερος να έχει στερεά βραχώδη επιφάνεια, αλλά πολύ λίγο έως καθόλου νερό.

Πηγές: A. C. Barr et al. Interior structures and tidal heating in the TRAPPIST-1 planets, Astronomy & Astrophysics (2017). DOI: 10.1051/0004-6361/201731992, On Arxiv: https://arxiv.org/abs/1712.05641 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=936395

Οι «έξυπνες» οθόνες πηγές δυστυχίας για τους εφήβους. Screen-addicted teens are unhappy

Η σχέση των εφήβων με τις οθόνες αποδεικνύεται προβληματική αν δεν γίνεται με λελογισμένο τρόπο. Researchers found that teens who spent a lot of time in front of screen devices -- playing computer games, using more social media, texting and video chatting -- were less happy than those who invested time in non-screen activities like sports, reading newspapers and magazines, and face-to-face social interaction. The happiest teens used digital media for less than an hour per day. But after a daily hour of screen time, unhappiness rises steadily along with increasing screen time. Banksy's Mobile Lovers painting. Photo: PA

Όσο περισσότερο χρόνο περνάει μπροστά σε μία οθόνη ένας έφηβος τόσο λιγότερο ευτυχισμένος είναι, σύμφωνα με μία νέα αμερικανική έρευνα. Τα μάτια των νέων που είναι κολλημένα συνέχεια στην οθόνη είναι σαφώς πιο δυστυχισμένα, λένε οι αμερικανοί ψυχολόγοι, ωστόσο ούτε η πλήρης αποχή από τις οθόνες φέρνει την ευτυχία.

Πάντως οι ειδικοί αναφέρουν πώς ούτε η πλήρης αποχή από τις οθόνες φέρνει την ευτυχία. Just how much screen time is "healthy"? According to the research, the happiest teens in the study spent a little less than an hour a day scanning their smartphones, tablets or other devices. After that, levels of unhappiness tended to steadily increase with the amount of screen time. Young people on mobile phones. Credit: © akhenatonimages / Fotolia

Σύμφωνα με την έρευνα, οι πιο ευτυχισμένοι έφηβοι είναι όσοι χρησιμοποιούν τα ψηφιακά μέσα σχεδόν μία ώρα την ημέρα. Μετά τη μία ώρα χρήσης, όμως, αργά αλλά σταθερά, αυξάνεται η έλλειψη πραγματικής ικανοποίησης.

Οι ερευνητές των πανεπιστημίων του Σαν Ντιέγκο και της Τζόρτζια, με επικεφαλής την καθηγήτρια ψυχολογίας Τζιν Τουέντζ του πρώτου, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό ψυχολογίας «Emotion», ανέλυσαν στοιχεία για περισσότερους ένα εκατομμύριο εφήβους, συσχετίζοντας τις απαντήσεις τους σχετικά με το πόσο χρόνο ασχολούνται με το κινητό, την ταμπλέτα ή τον υπολογιστή τους, με το πόσο ευτυχισμένοι νιώθουν και πόσες πραγματικές -όχι online- επαφές έχουν.

Η ανάλυση έδειξε ότι, κατά μέσο όρο, οι νέοι που αφιερώνουν περισσότερο χρόνο στις συσκευές τους με οθόνη, για να πλοηγηθούν στο διαδίκτυο, να ανταλλάξουν μηνύματα, να μπουν στα κοινωνικά δίκτυα, όπως στο Facebook ή να παίξουν βιντεοπαιγνίδια, νιώθουν λιγότερο ευτυχισμένοι, σε σχέση με όσους συνομηλίκους τους περνάνε περισσότερο χρόνο κάνοντας άλλα πράγματα, όπως αθλητικές δραστηριότητες, ανάγνωση βιβλίων και περιοδικών, βόλτες με φίλους κ.ά.

Τα νέα ευρήματα συνάδουν με προηγούμενες μελέτες που έχουν, επίσης, δείξει ότι η συχνή χρήση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης και γενικότερα των οθονών αυξάνει την πιθανότητα εμφάνισης ψυχολογικών προβλημάτων.

«Το κλειδί για τη χρήση των ψηφιακών μέσων είναι η περιορισμένη χρήση τους» δήλωσε η κ. Τουέντζ και πρόσθεσε ότι στόχο πρέπει να αποτελεί ο περιορισμός της χρήσης τους το πολύ στις δύο ώρες ημερησίως. Αντίθετα, όπως είπε, «πρέπει να αυξηθεί ο χρόνος που αφιερώνει ένας έφηβος στους φίλους του πρόσωπο με πρόσωπο και στον αθλητισμό, δύο δραστηριότητες που εγγυημένα συνδέονται με μεγαλύτερη ευτυχία».

Οι αμερικανοί ψυχολόγοι επισήμαναν ότι η μεγαλύτερη αλλαγή που έχει συμβεί στη ζωή των εφήβων μετά το 2012 είναι η αύξηση του χρόνου που σπαταλούν στα διάφορα ψηφιακά μέσα με οθόνη, ιδίως στο έξυπνο κινητό τους (smartphone), έναν πολύτιμο χρόνο που αποσπούν από τον ύπνο, τις φιλίες τους και την άσκησή τους.

«Η έλευση του έξυπνου κινητού τηλεφώνου αποτελεί την πιο εύλογη εξήγηση για την ξαφνική μείωση στην ψυχική υγεία των εφήβων» εκτίμησε η κ. Τουέντζ.

Πηγές: Jean M. Twenge, Gabrielle N. Martin, W. Keith Campbell. Decreases in Psychological Well-Being Among American Adolescents After 2012 and Links to Screen Time During the Rise of Smartphone Technology.. Emotion, 2018; DOI: 10.1037/emo0000403 - http://www.tovima.gr/science/psychology-sociology/article/?aid=935991

Δημιούργησαν τον πρώτο «άτλαντα» με τα βακτήρια του χώματος. A global atlas of the dominant bacteria found in soil

Περίπου 500 είναι τα πιο κοινά βακτήρια-κλειδιά που βρίσκονται σε μεγαλύτερη αφθονία. What lives in your dirt? Researchers are one step closer to finding out after compiling the first global atlas of soil bacterial communities and identifying a group of around 500 key species that are both common and abundant worldwide. Credit: © Bits and Splits / Fotolia

Τι ζει πιο συχνά στο χώμα και στη σκόνη που πατάμε; Για πρώτη φορά οι επιστήμονες έχουν μια απάντηση στο ερώτημα αυτό, καθώς δημιούργησαν ένα παγκόσμιο κατάλογο («άτλαντα») των συχνότερων μικροοργανισμών. Αποκαλύπτεται ότι σε όλο τον κόσμο είναι περίπου 500 τα πιο κοινά βακτήρια-κλειδιά που βρίσκονται σε μεγαλύτερη αφθονία.

Οι ερευνητές από πολλές χώρες, με επικεφαλής τον Μανουέλ Ντελγάδο-Μπακουερίζο του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science", συνέλλεξαν δείγματα χώματος από 237 τοποθεσίες σε 18 χώρες έξι ηπείρων, καλύπτοντας την μεγαλύτερη δυνατή κλιματική ποικιλία, από ερήμους έως χορτολιβαδικές εκτάσεις.

Στη συνέχεια, έκαναν ανάλυση DNA για να ξεχωρίσουν τα διάφορα είδη βακτηρίων που ζουν στο χώμα. Διαπίστωσαν ότι μόνο το 2% των συνολικά 25.224 φυλότυπων βακτηρίων (τα 511) αποτελούν σχεδόν το ήμισυ των βακτηριακών κοινοτήτων παγκοσμίως.

Ο νέος «άτλας» θα βοηθήσει τους επιστήμονες να εστιάσουν την προσοχή τους σε εκείνα τα βακτήρια που επηρεάζουν περισσότερο τον κύκλο των θρεπτικών στοιχείων, τη γονιμότητα του εδάφους, την παραγωγικότητα των φυτών και άλλες σημαντικές οικολογικές λειτουργίες.

«Με τη νέα μας έρευνα αρχίσαμε να ανοίγουμε το 'μαύρο κουτί' και να αποκτούμε καλύτερη κατανόηση για το ποια μικρόβια ζουν στο χώμα μας», δήλωσε ο Ντελγάδο-Μπακουερίζο.

Soil bacteria account for a large percentage of the planet's living biomass and facilitate key soil processes such as carbon cycling and nutrient availability. Credit: CC0 Public Domain

Τα βακτήρια του εδάφους αποτελούν μεγάλο ποσοστό της έμβιας βιομάζας της Γης, παίζοντας ζωτικούς ρόλους σε κρίσιμες διαδικασίες της φύσης όπως ο κύκλος του άνθρακα και η διαθεσιμότητα των τροφών. Παρόλο όμως που μελετώνται εδώ και δεκαετίες, ελάχιστα πράγματα μέχρι στιγμής γνωρίζουν οι επιστήμονες για τι συμβαίνει κάτω από τα πόδια μας.

Τα περισσότερα από τα δεκάδες χιλιάδες είδη βακτηρίων δεν έχουν καν ταυτοποιηθεί, ούτε έχουν ποτέ καλλιεργηθεί σε κάποιο εργαστήριο, ώστε να μελετηθούν.

«Είναι εντυπωσιακό πόσα πράγματα δεν γνωρίζουμε ακόμη και για τους πιο συνήθεις μικροοργανισμούς που υπάρχουν στο χώμα. Πολλοί δεν έχουν καν όνομα», δήλωσε ο ερευνητής Νόα Φίρερ, αναπληρωτής καθηγητής του Τμήματος Οικολογίας και Εξελικτικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου του Κολοράντο.

Ένα βασικό ζητούμενο είναι η μελλοντική αξιοποίηση των μικροοργανισμών σε γεωργικές εφαρμογές. «Τελικά, γνωρίζοντας περισσότερα πράγματα γι' αυτά τα βακτήρια, θα μπορέσουμε να βελτιώσουμε την υγεία και την απόδοση του εδάφους», δήλωσε ο Ντελγάδο-Μπακουερίζο.

Πηγές: M. Delgado-Baquerizo el al., "A global atlas of the dominant bacteria found in soil," Science (2018). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aap9516 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=935753

Κρύβεται σκοτεινή ύλη πίσω από τον θάνατο του νετρονίου; Neutron anomaly might point to dark matter

For more than 20 years, physicists have been unable to explain why two types of experiment yield different values for the lifetime of the neutron. One or more unknown systematic errors biasing the results is a possibility. But now a pair of particle theorists in the US have come up with an alternative explanation: that occasionally neutrons decay to a previously unknown particle which might account for the universe's dark matter. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory

Η σκοτεινή ύλη αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος και οι φυσικοί αγωνίζονται εδώ και χρόνια να εξηγήσουν. Ενώ η ύπαρξή της καθίσταται αναμφισβήτητη από τα αστρονομικά δεδομένα, δεν μπορούμε να την δούμε (γι αυτό ονομάστηκε σκοτεινή) και μέχρι στιγμής φαίνεται πως είναι σχεδόν αδύνατον να ανιχνευθεί στα γήινα εργαστήρια. Υπενθυμίζεται ότι το 23% του σύμπαντος αποτελείται από σκοτεινή ύλη, το 72% από σκοτεινή ενέργεια και μόνο το 4,6% από την γνωστή μας ύλη.

Η σύσταση του σύμπαντος σύμφωνα με τις τελευταίες εκτιμήσεις. WMAP data reveals that its contents include 4.6% atoms, the building blocks of stars and planets. Dark matter comprises 23% of the universe. This matter, different from atoms, does not emit or absorb light. It has only been detected indirectly by its gravity. 72% of the universe, is composed of "dark energy", that acts as a sort of an anti-gravity. This energy, distinct from dark matter, is responsible for the present-day acceleration of the universal expansion. WMAP data is accurate to two digits, so the total of these numbers is not 100%. This reflects the current limits of WMAP's ability to define Dark Matter and Dark Energy. Credit: NASA / WMAP Science Team

Οι φυσικοί αναζητούν τα πιθανά σωματίδια σκοτεινής ύλης στα εργαστήρια βαδίζοντας σχεδόν στα τυφλά αφού γνωρίζουν ελάχιστα πράγματα για τα σωματίδια αυτά. Το μόνο σίγουρο είναι ότι αλληλεπιδρούν με εξαιρετικά ασθενή τρόπο με την συνηθισμένη ύλη.

Θα μπορούσε η σκοτεινή ύλη να κρύβεται πίσω από ένα πολύ συνηθισμένο φαινόμενο, όπως η διάσπαση του ελεύθερου νετρονίου; Οι φυσικοί Bartosz Fornal και Benjamın Grinstein όχι μόνο απαντούν καταφατικά στο ερώτημα, αλλά προτείνουν και εφικτές πειραματικές μεθόδους που θα μπορούσαν αποδείξουν τους ισχυρισμούς τους.

Μια πιθανή εξήγηση είναι άγνωστα συστηματικά σφάλματα να επηρεάζουν τα αποτελέσματα. Όμως, οι δυο θεωρητικοί φυσικοί κατέληξαν σε μια εναλλακτική ερμηνεία: ότι μερικές φορές τα νετρόνια διασπώνται προς ένα άγνωστο σωματίδιο που μπορεί να είναι συστατικό της σκοτεινής ύλης. Ισχυρίζονται ότι ένα τέτοιο σωματίδιο θα μπορούσε να αφήσει μια πολύ χαρακτηριστική υπογραφή σε ανιχνευτές πυρηνικής φυσικής.

Ο χρόνος ζωής του νετρονίου

Τα τελευταία 20 χρόνια και πλέον οι φυσικοί δεν μπορούν να εξηγήσουν γιατί δυο διαφορετικές πειραματικές τεχνικές δίνουν διαφορετικές τιμές στον χρόνο ζωής του νετρονίου.

Ο χρόνος ζωής του νετρονίου είναι περίπου 15 λεπτά. Το νετρόνιο υφίσταται διάσπαση β μετατρεπόμενο σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο του ηλεκτρονίου.

Η διατήρηση της ενέργειας, του ηλεκτρικού φορτίου, της στροφορμής και άλλων κβαντικών αριθμών υπαγορεύει ότι αυτός είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο μπορούν να διασπαστούν τα νετρόνια σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο στων στοιχειωδών σωματιδίων.

The first use of a hydrogen bubble chamber to detect neutrinos, on November 13, 1970. A neutrino hit a proton in a hydrogen atom. The collision occurred at the point where three tracks emanate on the right of the photograph. Image courtesy of Argonne National Laboratory

Υπάρχουν δύο βασικές πειραματικές προσεγγίσεις για τη μέτρηση χρόνου ζωής των νετρονίων: η «μέθοδος της φιάλης» και η «μέθοδος δέσμης».

Στην «μέθοδο της φιάλης», νετρόνια με ενέργειες της τάξης των νανο-ηλεκτρονιοβόλτ, περιορίζονται σε μια παγίδα ή φιάλη που σχηματίζεται από συνδυασμούς μαγνητικών πεδίων, βαρύτητας και τοιχωμάτων. Ο στόχος είναι να μετρηθούν πόσα από αυτά παραμένουν αδιάσπαστα μετά από ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

Ο χρόνος ζωής των νετρονίων τ_n προκύπτει μετρώντας τον αριθμό των σωματιδίων που επιβιώνουν στην παγίδα μετά από συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

Η δεύτερη προσέγγιση, η «μέθοδος της δέσμης»,  είναι να οδηγηθεί μια δέσμη νετρονίων γνωστής έντασης διαμέσου μιας ηλεκτρομαγνητικής παγίδας και να μετρηθούν τα πρωτόνια που δημιουργούνται σε δεδομένο χρονικό διάστημα.

Με την «μέθοδο της δέσμης» ανιχνευτές καταμετρούν τον ρυθμό διάσπασης των νετρονίων σε καθορισμένο όγκο μιας δέσμης νετρονίων.

Από την δεκαετία του 1980 τα αποτελέσματα των δυο πειραμάτων συνεχίζουν να διαφέρουν μεταξύ τους. Ενώ η μέθοδος της φιάλης μας λέει ότι τα νετρόνια διασπώνται μετά από περίπου 800 δευτερόλεπτα κατά μέσο όρο (τ_n = 879.6 ± 0.6 s), τα πειράματα με τη δέσμη νετρονίων δίνουν μεγαλύτερο χρόνο ζωής κατά 8 δευτερόλεπτα (τ_n = (888.0 ± 2.0 s).

Η διαφορά είναι σημαντική διότι δεν μπορεί να αιτιολογηθεί εξαιτίας των τυχαίων ή των γνωστών συστηματικών σφαλμάτων. Μέχρι το 2013, η απόκλιση εκτιμάτο στα 2,9σ. Στη συνέχεια, και ενώ οι πειραματικές διαδικασίες βελτιώθηκαν, η ασυμφωνία αυξήθηκε φθάνοντας στα 4σ.

Ένας διαφορετικός τρόπος διάσπασης του νετρονίου

Το πείραμα UCNA στο Lοs Alamos. The UCNA experiment at Los Alamos National Laboratory is looking for photons produced during neutron decay. (Courtesy: US DOE/LANL)

Στην πρόσφατη δημοσίευσή τους οι Fornal και Grinstein [https://arxiv.org/abs/1801.01124] προτείνουν ότι η αυτή η ανωμαλία αυτή μπορεί να είναι ένδειξη της σκοτεινής ύλης. Η ιδέα έγκειται στο ότι ενώ πολλά νετρόνια εξαφανίζονται διαμέσου της βήτα διάσπασης, ένα μικρό κλάσμα (περίπου 1%) θα μπορούσε να διασπάται σε ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης – μια διαδικασία που θα παραβίαζε την διατήρηση του βαρυονικού αριθμού.

Ενώ τα πειράματα με τη φιάλη νετρονίων μετρούν και την βήτα και την πιθανή «σκοτεινή» διάσπαση, τα πειράματα με τη δέσμη νετρονίων μετρούν μόνο την διάσπαση βήτα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι τα πειράματα με την δέσμη νετρονίων να υπερεκτιμούν τον χρόνο ζωής των νετρονίων.

Η νέα αυτή πρόταση δεν παρουσιάζει ένα μοναδικό σωματίδιο σκοτεινής ύλης με συγκεκριμένες ιδιότητες, αλλά δείχνει ότι υπάρχουν κι άλλα υποψήφια σωματίδια που εξηγούν τα πειραματικά δεδομένα. Επιπλέον, υποδεικνύει ότι μερικές από τις πιθανές νέες διαδικασίες διάσπασης του νετρονίου θα μπορούσαν να ανιχνευθούν.

Έτσι, όταν το νετρόνιο διασπάται σε ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης, παράγονται ταυτόχρονα και ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου ή ένα φωτόνιο, των οποίων οι ενέργειες καθορίζονται από το μικρό εύρος της επιτρεπόμενης μάζας του σωματιδίου της σκοτεινής ύλης.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των Fornal και Grinstein η μάζα του σκοτεινού σωματιδίου πρέπει να είναι από 937,9 έως 938,8 MeV. Δεδομένου ότι το νετρόνιο έχει μάζα 939.6 MeV, τότε το φωτόνιο που προκύπτει στην υποτιθέμενη διάσπαση θα πρέπει να έχει ενέργεια περίπου 0,8 – 1,7 MeV.

Αυτά τα φωτόνια θα μπορούσαν να παρατηρηθούν σε πειράματα πυρηνικής φυσικής, αρκεί να περιοριστεί ο θόρυβος του υποβάθρου και κάποιοι πειραματιστές σχεδιάζουν τεχνικές ανάλυσης δεδομένων με στόχο την εξάλειψη του θορύβου. Έτσι, δύο ερευνητικές ομάδες στο Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos στο Νέο Μεξικό – UCNA και UCNtau – αναζητούν προς το παρόν τα φωτόνια (ακτίνες γ) και τα σήματα ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων μέσα στα δεδομένα διάσπασης των νετρονίων. «Οι αναλύσεις των δεδομένων βρίσκονται σε εξέλιξη», λέει ο Peter Geltenbort, μέλος της ομάδας UCNA από το Ινστιτούτο Laue-Langevin στη Γαλλία.

Ο Ben Rybolt του πανεπιστημίου του Kennesaw στις ΗΠΑ περιγράφει την πρόσφατη εργασία ως μια «εύλογη προσέγγιση» για την επίλυση της ανωμαλίας των νετρονίων, έχοντας και ο ίδιος εργαστεί σε πιθανές πειραματικές υπογραφές μιας ανταγωνιστικής εξωτικής λύσης – ότι τα νετρόνια μπορεί μερικές φορές να ταλαντώνονται σε «κατοπτρικά νετρόνια» πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου.

Αν οι μελλοντικές μετρήσεις της διάρκειας ζωής των νετρονίων δεν αποκαλύψουν τυχόν κρυμμένα συστηματικά σφάλματα, τότε θα υπάρξουν ακόμα περισσότεροι λόγοι για την αναζήτηση τέτοιων εξωτικών λύσεων.

Πηγές: http://physicsworld.com/cws/article/news/2018/jan/19/neutron-anomaly-might-point-to-dark-matter - physicsgg