Στη Φθινοπωρινή Σαμοθράκη. At Autumn Samothrace

Φωτογραφίες: © Κωνσταντίνος Βακουφτσής

Ερευνητές «ζωντάνεψαν» το πυρίτιο! Bringing Silicon to Life

Δημιούργησαν πρωτεΐνη που δημιουργεί μόνη της τους δεσμούς άνθρακα-πυριτίου. A new study is the first to show that living organisms can be persuaded to make silicon-carbon bonds--something only chemists had done before. Scientists have "bred" a bacterial protein to have the ability to make the human-made bonds--a finding that has applications in several industries.

Για πρώτη φορά επιστήμονες στις ΗΠΑ «έπεισαν» ζωντανούς οργανισμούς να δημιουργήσουν χημικούς δεσμούς πυριτίου-άνθρακα, κάτι που έως τώρα μόνο οι χημικοί είχαν καταφέρει να πετύχουν στο εργαστήριο και μάλιστα με πολύ μικρότερη αποτελεσματικότητα.

Η κουμπαριά

Ζωντανά βακτηριακά κύτταρα «πάντρεψαν» το πυρίτιο και τον άνθρακα για πρώτη φορά, με «κουμπάρο» (βιολογικό καταλύτη) ένα τροποποιημένο από τους ερευνητές ένζυμο. Με άλλα λόγια, η φύση προσαρμόστηκε να κάνει κάτι που είχε αποφύγει να κάνει μέχρι σήμερα μόνη της: να ενσωματώσει το πυρίτιο στα μόρια του άνθρακα. Με δεδομένο ότι ο άνθρακας αποτελεί τη βάση της ζωής στη Γη, ενώ το πυρίτιο τη βάση της ηλεκτρονικής και ψηφιακής τεχνολογίας, ο «γάμος» τους σε βιολογικό πλέον επίπεδο ανοίγει νέες δυνατότητες, αδιανόητες μέχρι σήμερα.

Το επίτευγμα   

Researchers in Frances Arnold’s lab at Caltech have persuaded living organisms to make chemical bonds not found in nature. The finding may change how medicines and other chemicals are made in the future. Credit: Caltech

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech), με επικεφαλής την καθηγήτρια Φράνσις Άρνολντ του Τμήματος Χημικών και Βιολόγων Μηχανικών ανέπτυξαν μια βακτηριακή πρωτεΐνη, η οποία μπορεί να δημιουργήσει μόνη της τους δεσμούς άνθρακα-πυριτίου, με βάση τη μέθοδο της λεγόμενης «κατευθυνόμενης εξέλιξης». Με την ίδια τεχνική, εδώ και χρόνια δημιουργούνται νέα και καλύτερα ένζυμα (π.χ. για απορρυπαντικά) μέσω μετάλλαξης και τεχνητής επιλογής στο εργαστήριο. Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που διευκολύνουν τις χημικές αντιδράσεις.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι επιστήμονες δεν βελτίωσαν απλώς τη βιολογική λειτουργία ενός ενζύμου, αλλά το «έπεισαν» -με την κατάλληλη μετάλλαξη στο DNA του- να κάνει κάτι που ποτέ πριν δεν είχε κάνει: να δημιουργήσει δεσμούς άνθρακα-πυριτίου. Ως αφετηρία χρησιμοποιήθηκε μια πρωτεΐνη (το κυτόχρωμα C) ενός ακραιόφιλου βακτηρίου, του Rhodothermus marinus, που αναπτύσσεται στις θερρμοπηγές της Ισλανδίας. Τελικά, δημιουργήθηκε ένα ένζυμο που δημιουργεί τέτοιους δεσμούς 15 φορές πιο αποτελεσματικά από ό,τι το καλύτερο ένζυμο (καταλύτης), που έχουν δημιουργήσει οι χημικοί μέχρι σήμερα.

«Αποφασίσαμε να καθοδηγήσουμε τη φύση, ώστε να κάνει αυτό που μόνο οι χημικοί μπορούσαν να κάνουν - και να το κάνει καλύτερα», δήλωσε η Άρνολντ. Η νέα διαδικασία είναι μη τοξική, φθηνότερη και πιο εύκολη από την υπάρχουσα, ενώ μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο σε θερμοκρασία δωματίου, όσο και σε νερό. Το επίτευγμα που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science» αναμένεται να έχει πλειάδα πρακτικών εφαρμογών σε διάφορες βιομηχανίες.

Το αίνιγμα

Το πυρίτιο είναι -μετά το οξυγόνο- το δεύτερο πιο κοινό στοιχείο στο φλοιό της Γης, αλλά αποτελεί αίνιγμα η ανυπαρξία του στη βιόσφαιρα. Κανένας ζωντανός οργανισμός δεν το έχει μόνος του ενσωματώσει στη βιοχημεία του μέχρι σήμερα, ενώ αντίθετα κάτι τέτοιο έχει συμβεί με μέταλλα όπως το σίδηρο ή το μαγνήσιο. «Μολονότι το πυρίτιο είναι άφθονο παντού γύρω μας, στα πετρώματα και στις παραλίες, όμως κανείς γνωστός έμβιος οργανισμός δεν είχε έως τώρα δημιουργήσει δεσμούς άνθρακα-πυριτίου», δήλωσε η ερευνήτρια Τζένιφερ Καν.

Στο παρελθόν οι χημικοί είχαν συνθέσει μόρια με οργανοπυρίτιο (συνδυασμό άνθρακα και πυριτίου), τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί σε φαρμακευτικά, λιπάσματα, βαφές ημιαγωγούς, οθόνες και άλλα προϊόντα. Στο μέλλον, τέτοια μόρια δεν θα χρειάζεται να είναι συνθετικά, αφού θα μπορούν να παραχθούν από ζωντανούς οργανισμούς, με τρόπο φθηνότερο και πιο φιλικό προς το περιβάλλον (με λιγότερα ανεπιθύμητα υποπροϊόντα και απόβλητα). Όσον αφορά το ερώτημα κατά πόσο η ζωή μόνη της -χωρίς την παρέμβαση των επιστημόνων- θα εξελιχθεί κάποτε, ώστε να χρησιμοποιεί πυρίτιο ενσωματώνοντάς το στα οργανικά μόρια, αυτό, όπως είπε η Άρνολντ, εναπόκειται στην ίδια τη φύση να το «αποφασίσει».        

Το όραμα

This is an artist rendering of organosilicon-based life. Organosilicon compounds contain carbon-silicon bonds. Recent research from the laboratory of Frances Arnold shows, for the first time, that bacteria can create organosilicon compounds. This does not prove that silicon- or organosilicon-based life is possible, but shows that life could be persuaded to incorporate silicon into its basic components. Credit: Lei Chen and Yan Liang (BeautyOfScience.com) for Caltech

Ο άνθρακας και το πυρίτιο είναι χημικά όμοια στοιχεία, που μπορούν να δημιουργήσουν χημικούς δεσμούς με τέσσερα άτομα ταυτόχρονα, πράγμα που τους καθιστά την κατάλληλη βάση για το σχηματισμό των μακρών αλυσίδων μορίων της ζωής, όπως οι πρωτεΐνες και το DNA. Οι επιστήμονες εδώ και χρόνια αναρωτιούνταν αν η ζωή στον πλανήτη μας θα μπορούσε να είχε εξελιχθεί με βάση το πυρίτιο και όχι τον άνθρακα και κατά πόσο κάτι τέτοιο μπορεί ήδη να συμβαίνει σε άλλο πλανήτη. Κατά καιρούς οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας οραματίσθηκαν κόσμους με βάση το πυρίτιο - και τώρα το όραμά τους έρχεται ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίησή του.

Πηγή: S. B. J. Kan, R. D. Lewis, K. Chen, F. H. Arnold. Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life. Science, 2016; 354 (6315): 1048 DOI: 10.1126/science.aah6219

Η άνοδος στην κοινωνική ιεραρχία ενισχύει το ανοσοποιητικό σύστημα. Low social status leads to off-kilter immune system

Victor Tardieu, Liverpool, les haleurs à l'aube, 1903. Το αυξημένο χρόνιο στρες που βιώνουν τα άτομα που βρίσκονται χαμηλά στην κοινωνική ιεραρχία έχει επιπτώσεις στην υγεία τους. Living on the bottom rungs of the social ladder may be enough to make you sick. A new study manipulating the pecking order of monkeys finds that low social status kicks the immune system into high gear, leading to unwanted inflammation akin to that in people with chronic diseases.

Η άνοδος στην κοινωνική ιεραρχία αλλάζει τον τρόπο που λειτουργούν τα γονίδια και ενισχύει το ανοσοποιητικό σύστημα, υποστηρίζουν αμερικανοί ερευνητές βάσει πειραμάτων που έκαναν σε μαϊμούδες, υποστηρίζοντας ότι κάτι ανάλογο συμβαίνει επίσης σε άλλα είδη ζώων, αλλά και στους ανθρώπους.

Όπως αναφέρει σχετικό άρθρο του «Science», η μελέτη ουσιαστικά αποδεικνύει ότι το χρόνιο στρες που βιώνουν τα άτομα που βρίσκονται χαμηλά στην κοινωνική ιεραρχία μπορεί να επιδεινώσει την υγεία, ακόμη κι αν δεν υπάρχουν άλλοι παράγοντες κινδύνου. 

Προηγούμενες έρευνες σε ζώα είχαν δείξει ότι το κοινωνικό status επηρεάζει σημαντικά τον τρόπο που εκφράζονται ή απενεργοποιούνται τα γονίδια στο εσωτερικό των ανοσοποιητικών κυττάρων.

Αυτό πιθανώς εξηγεί εν μέρει γιατί υπάρχει σαφής διαφορά ανάμεσα στο προσδόκιμο ζωής μεταξύ πλουσίων και φτωχών, η οποία μπορεί να ξεπερνά ακόμη και τα δέκα χρόνια σε ορισμένες χώρες. Η ανισότητα αυτή συνήθως αποδίδεται στις κοινωνικοοικονομικές ανισότητες και στις διαφορές στον τρόπο ζωής (διατροφή, άσκηση, κάπνισμα κ.α.), αλλά μπορεί επίσης να υπεισέρχεται και ένας βιολογικός παράγων, όπως δείχνει η νέα έρευνα σε μακάκους.

Η μελέτη

The richest and poorest Americans differ in life expectancy by more than a decade. Glaring health inequalities across the socioeconomic spectrum are often attributed to access to medical care and differences in habits such as smoking, exercise and diet. But a new study in rhesus monkeys shows that the chronic stress of life at the bottom can alter the immune system even in the absence of other risk factors. Credit: © EcoView / Fotolia

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Ντιουκ της Βόρειας Καρολίνα, με επικεφαλής την επίκουρη καθηγήτρια Εξελικτικής Ανθρωπολογίας και Βιολογίας Τζένι Τανγκ, πήραν δείγματα και μελέτησαν χιλιάδες κύτταρα και γονίδια από 45 πειραματόζωα.

Διαπίστωσαν ότι ο οργανισμός των πειραματόζωων αντιδρούσε διαφορετικά στις μολύνσεις από βακτήρια και ιούς, ανάλογα με τη θέση τους στην ιεραρχία της κοινωνίας τους. Όταν η θέση τους ήταν χαμηλή, άρα και το στρες μεγαλύτερο, η φλεγμονή στο σώμα ήταν πιο σοβαρή και το ανοσοποιητικό σύστημα πιο αναποτελεσματικό. Η κατάσταση βελτιωνόταν αισθητά, όταν το ζώο ανέβαινε στην ιεραρχία με τις σκόπιμες παρεμβάσεις των επιστημόνων.

Αυτό, όπως είπε η Τανγκ, δείχνει ότι «Οι επιπτώσεις της κοινωνικής ιεραρχίας στην υγεία δεν είναι μόνιμες, αλλά αναστρέψιμες», σημειώνει η δρ Τανγκ.

Και ο ερευνητής Νόε Σνάιντερ-Μάκλερ προσθέτει ότι «οι κοινωνικές αντιξοότητες τρυπώνουν κάτω από το δέρμα. Αν μπορέσουμε να βελτιώσουμε την κοινωνική θέση τους και να μειώσουμε κάποιες ιεραρχίες, ίσως καταφέρουμε να βελτιώσουμε την υγεία και την ευημερία των ανθρώπων».

Πηγή: N. Snyder-Mackler, J. Sanz, J. N. Kohn, J. F. Brinkworth, S. Morrow, A. O. Shaver, J.-C. Grenier, R. Pique-Regi, Z. P. Johnson, M. E. Wilson, L. B. Barreiro, J. Tung. Social status alters immune regulation and response to infection in macaques. Science, 2016; 354 (6315): 1041 DOI: 10.1126/science.aah3580

Πόλη 7.000 ετών αποκαλύφθηκε στην Αίγυπτο. Long-lost ancient Egyptian city dating back 7,000 years discovered near Abydos

Ancient Egyptian tombs and traces of a lost city have been uncovered near Abydos. Credit: Egyptian Antiquities Ministry

Μία πόλη 7.000 ετών και ένα αρχαίο νεκροταφείο από την περίοδο της Πρώτης Δυναστείας, αποκαλύφθηκε στη νότια επαρχία Σοχάγκ της Αιγύπτου, πλάι στον Νείλο.

Egypt has unearthed a more than 7,000-year-old city and cemetery dating back to its First Dynasty in the southern province of Sohag, the Antiquities Ministry said on Wednesday. Pictured, one of the graves believed to belong to a high ranking city official.

Πιθανολογείται ότι κάτοικοι της πόλης ήταν υψηλόβαθμοι αξιωματούχοι και κατασκευαστές τάφων -οι οποίοι είχαν εμπλακεί στην κατασκευή των βασιλικών τάφων στην πόλη Άβυδο.

Archaeologists have so far uncovered huts, pottery remains and iron tools as well as 15 huge graves.

Η ανακάλυψη της ίσως δώσει νέα στοιχεία για την Άβυδο, μία από τις αρχαιότερες πόλεις της αρχαίας Αιγύπτου, ανέφερε το υπουργείο Αρχαιοτήτων στην ανακοίνωση του.

Εμπειρογνώμονες τονίζουν πως η Άβυδος ήταν η πρωτεύουσα της Αιγύπτου προς το τέλος της Προδυναστικής περιόδου και κατά την διάρκεια τεσσάρων πρώτων Δυναστειών.

Façade of the Temple of Seti I in Abydos, which was founded in honor of the ancestral pharaohs of the early dynasties.

Η πόλη εντοπίστηκε 400 μέτρα μακριά από τον ναό του Φαραώ Σέτι Α’, μνημείο της περιόδου του Πρώτου Βασιλείου στον Νείλο.

The discovery should shed a light on early Egyptian history. Credit: Egyptian Antiquities Ministry

Οι έρευνες των αρχαιολόγων έχουν φέρει στο φως έως τώρα καλύβες, κεραμεική και εργαλεία επεξεργασίας σιδήρου, καθώς και 15 τεράστιους τάφους, κάποιοι εκ των οποίων είναι μεγαλύτεροι και από τους τάφους βασιλέων στην Άβυδο, τόνισε το υπουργείο.

Πηγή: ΑΠΕ - ΜΠΕ

Εmdrive: Παραβιάζοντας τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. NASA's Physics-Defying EM Drive Passes Peer Review

H συσκευή ΕmDrive. Σύμφωνα με τους δημιουργούς της η κατασκευή αυτή θα μπορούσε να στείλει ένα διαστημόπλοιο στον Άρη μέσα σε 70 ημέρες. Scientists just published a paper saying that the controversial EmDrive produces thrust, even though that defies known laws of physics. A prototype of the EmDrive, as seen in a test chamber at a NASA lab. PHOTOGRAPH COURTESY AIAA

Το EmDrive είναι ένα επαναστατικό σύστημα προώθησης που μυστηριωδώς … αψηφά τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. Έτσι τουλάχιστον ισχυρίζονται οι κατασκευαστές του, που συνδέουν έντεχνα την έρευνά τους με το διαστημικό κέντρο Johnson της ΝΑSΑ. Καλύτερα όμως να κρατήσετε πολύ μικρό καλάθι.

Η ώθηση ενός πυραύλου επιτυγχάνεται με την εκτόξευση κάποιου υλικού από τον πύραυλο. Ο πύραυλος ασκεί δύναμη στο εκτοξευόμενο υλικό και το υλικό σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα (δράση – αντίδραση) ασκεί μια δύναμη αντίθετη στον πύραυλο, προκαλώντας την προώθησή του.

Experimental setup of the EM Drive. Credit: White, et al.

Το ΕmDrive δεν έχει καμιά σχέση με αυτή την διαδικασία. Πρόκειται για μια ασύμμετρη κλειστή κοιλότητα στην οποία βρίσκονται παγιδευμένα μικροκύματα, ως στάσιμα ηλεκτρομαγνητικά κύματα – κάτι σαν … φούρνος μικροκυμάτων. Και χωρίς να διαφεύγει-εκτοξεύεται από την κοιλότητα ύλη ή ακτινοβολία, το ΕmDrive καταφέρνει μυστηριωδώς να προωθηθεί, έστω και λίγο. Σύμφωνα με την φυσική που γνωρίζουμε δεν μπορεί να υπάρχει τέτοια ώθηση.

Σε παλαιότερα αντίστοιχα πειράματα με τον κινητήρα ΕmDrive, κάποιοι ισχυρίστηκαν ότι πιθανώς η μικρή ώθηση που παρατηρήθηκε να οφειλόταν στην θέρμανση της μηχανής, η οποία με τη σειρά της θέρμαινε τον περιβάλλοντα αέρα.

The relation of thrust to power for the EM Drive. Credit: Smith, et al.

Έτσι η συσκευή ΕmDrive αυτή τη φορά δοκιμάστηκε στο κενό, και μετρήθηκε μια ώθηση 1.2 ± 0.1 millinewtons ανά kilowatt ισχύος, ίδιας τάξης μεγέθους με την ώθηση που μετρήθηκε όταν η συσκευή βρισκόταν στον αέρα. Συγκριτικά, η ώθηση από έναν κινητήρα ιόντων – που υπακούει στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα – είναι πολύ μεγαλύτερη, 60 millinewtons ανά kilowatt.

Η παρουσίαση του ΕmDrive στο παρελθόν δέχθηκε μεγάλη κριτική διότι δεν είχε υποβληθεί προς δημοσίευση σε ένα επιστημονικό περιοδικό με κριτές.  Όμως την περασμένη εβδομάδα η εργασία των Harold White et al, «Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum»,  δημοσιεύθηκε σε ένα τέτοιο περιοδικό. Που σημαίνει πως οι κριτές του περιοδικού θεώρησαν ότι η πειραματική διαδικασία είναι σωστή. Κι αφού το πείραμα είναι άψογο, τότε η λειτουργία του ΕmDrive κρύβει μέσα της … νέα φυσική. Για παράδειγμα, τα φωτόνια των εγκλωβισμένων μικροκυμάτων στην κοιλότητα καταφέρνουν να προκαλέσουν την παρατηρούμενη ώθηση κόντρα στο «εν δυνάμει» πλάσμα του κβαντικού κενού!

Όμως, ποιος θυμάται σήμερα τις θεωρίες που εμφανίστηκαν μετά το πείραμα OPERA (εκεί η ταχύτητα των νετρίνων βρέθηκε μεγαλύτερη της ταχύτητας του φωτός), οι οποίες έδιναν απίθανες ερμηνείες στην υποτιθέμενη κατάρριψη μιας θεμελιώδους αρχής της θεωρίας της σχετικότητας; Ούτε αυτοί που τις διατύπωσαν!

Πηγή: www.forbes.com – news.nationalgeographic.com