Dlaczego Antarktyda „krwawi”? Wyjaśniono zagadkę czerwonych wodospadów
Blood Falls, czyli „Krwawe Wodospady” na czole Lodowca Taylora na Antarktydzie, długo stanowiły zagadkę dla naukowców, ze względu na swój jaskrawoczerwony kolor i nieregularność. O ile kolor wyjaśniono już dawno, to najnowsze badania wreszcie wyjaśniły tę kapryśność.
Przełom nastąpił dzięki danym zebranym we wrześniu 2018 roku. Zespół badaczy pod kierunkiem Petera T. Dorana z Louisiana State University zarejestrował rzadki, spójny sygnał z trzech różnych systemów pomiarowych: czujników GPS na powierzchni lodowca, kamer poklatkowych oraz termistorów (czujników oporu) w pobliskim jeziorze Bonney. Wyniki tych badań, opublikowane w czasopiśmie „Antarctic Science”, udowadniają bezpośredni związek między nagłymi wypływami czerwonej solanki a fizycznymi zmianami w strukturze lodowca. Okazuje się, że Blood Falls nie jest tylko powierzchniową plamą, lecz widocznym sygnałem głębokich zmian ciśnienia i ruchu wody ukrytej pod lodem. Mechanizm wyrzutu i osiadanie lodowca Najważniejszym odkryciem dokonanym przez zespół Dorana jest powiązanie wypływu solanki z obniżeniem powierzchni lodowca. Dane z odbiornika GPS wykazały, że od 10 września do 22 października 2018 roku powierzchnia lodu obniżyła się o około 15 milimetrów. Ten spadek nastąpił dokładnie w momencie, gdy kamery zarejestrowały rozpoczęcie wypływu „krwawej” wody. Jednocześnie zaobserwowano spowolnienie ruchu lodowca o blisko 10%. Zjawisko to tłumaczy się tym, że wypływająca woda uwalnia ciśnienie nagromadzone u podstawy lodowca. A gdy ciśnienie spada, ciężki lód silniej naciska na skałę macierzystą, co zwiększa tarcie i spowalnia jego przesuwanie się. Proces ten sugeruje, że lodowiec działa jak gigantyczna prasa, która okresowo nie jest w stanie utrzymać uwięzionej pod nim wody. Chemia rdzy i życie w solance Charakterystyczny czerwony kolor wody, który po raz pierwszy odnotowali polarnicy w 1911 roku, jest wynikiem gwałtownej reakcji chemicznej. Woda wydostająca się spod lodowca Taylora jest bogata w żelazo. Gdy tylko zetknie się z powietrzem, następuje proces utleniania, zmieniający barwę cieczy na rdzawą w ciągu zaledwie kilku minut. Sama woda jest w rzeczywistości gęstą solanką, która nie zamarza nawet w ekstremalnie niskich temperaturach Antarktydy. Badania radarowe i elektromagnetyczne wykazały, że pod lodowcem i dnem doliny istnieją rozległe „potoki” wód gruntowych o długości wielu kilometrów. Szacuje się, że ten podziemny rezerwuar został uwięziony 3–5 milionów lat temu. Co fascynujące, w tym odizolowanym środowisku przetrwały mikroorganizmy, które czerpią energię z przemian chemicznych żelaza i siarki. Tworzą jeden z najstarszych i najbardziej niezwykłych ekosystemów na Ziemi. Wpływ na ekosystem jeziora Bonney Badania z 2018 roku potwierdziły też, że solanka z Blood Falls ma istotny wpływ na pobliskie jezioro Bonney (WLB), do którego uchodzi lodowiec Taylora. Czujniki temperatury umieszczone w jeziorze na głębokości około 18 metrów odnotowały spadki temperatury o nawet 1,5 st. Celsjusza w okresach wypływu. Dzieje się tak, ponieważ zimna i gęsta solanka opada głęboko do jeziora, tworząc tam anomalie termiczne. Takie zastrzyki obcej wody zaburzają stabilną stratyfikację (warstwowość) jeziora, co może prowadzić do przemieszczania się składników odżywczych. Może to znacząco wpływać na funkcjonowanie tamtejszych organizmów. Źródło: Antarctic Science Nasza autorka Magdalena Rudzka Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.
Zaskakujący sojusz: mięta, chili i eukaliptus uderzają w zapalenia setki razy mocniej. Jest jeden warunek
Zioła i przyprawy od wieków są nie tylko elementem kuchni, ale i tradycyjnej medycyny. Zawierają naturalne związki, zdolne do regulowania ścieżek zapalnych w organizmie. Mimo długiej historii stosowania, nauka przez lata borykała się ze zrozumieniem ich działania. Nowe badanie odsłania potężny mechanizm przeciwzapalny.
Głównym powodem sceptycyzmu naukowców był fakt, że w warunkach laboratoryjnych pojedyncze związki roślinne wykazywały działanie tylko w bardzo wysokich stężeniach. Takich ilości ziół i przypraw nikt nie byłby w stanie zjeść. Zespół badawczy pod kierownictwem profesora Gen-ichiro Arimury z Tokyo University of Science postanowił sprawdzić, czy kluczem do skuteczności roślin nie jest działanie pojedynczych substancji, lecz ich synergia. Wyniki okazały się zdumiewające. Przyprawy trafiają do laboratorium Badacze wyszli z założenia, że specyficzne kombinacje związków mogą wywoływać znacznie silniejszy efekt niż każdy z nich stosowany oddzielnie. Do tej pory rzadko udawało się zmierzyć to eksperymentalnie i wyjaśnić na poziomie molekularnym. W badaniu, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie „Nutrients”, skupiono się na czterech związkach: mentolu pochodzącym z mięty, 1,8-cyneolu z eukaliptusa, kapsaicynie z papryczek chili, β-eudesmolu znajdującym się w chmielu i imbirze. Przebieg eksperymentu i jego niezwykłe wyniki Doświadczenia przeprowadzono na makrofagach – komórkach układu odpornościowego, które odgrywają centralną rolę w procesach zapalnych. Produkują cytokiny (białka sygnalizacyjne), m.in. białko TNF-α. Aby wywołać stan zapalny, komórki stymulowano bakteryjnym lipopolisacharydem (LPS). Następnie poddano je działaniu badanych związków, zarówno pojedynczo, jak i w różnych, kontrolowanych mieszankach. Wyniki wprawiły naukowców w zdumienie. Choć kapsaicyna okazała się najsilniejszym związkiem działającym samodzielnie, to jej połączenie z mentolem lub 1,8-cyneolem przyniosło zdumiewające rezultaty. Skuteczność przeciwzapalna takich mieszanek wzrosła kilkusetkrotnie w porównaniu do działania każdego z osobna. Badania wykazały, że mentol i 1,8-cyneol wpływają na sygnalizację wapniową w błonach komórkowych. Z kolei kapsaicyna wydaje się tłumić stan zapalny poprzez inną ścieżkę, niezależną od tych kanałów. Zatem synergia nie jest przypadkiem, tylko wynikiem jednoczesnej aktywacji różnych ścieżek sygnałowych w komórkach. Nauka potwierdziła tradycję Odkrycie to dostarcza twardych dowodów naukowych na korzyści płynące z łączenia różnych składników w kuchni. Wyjaśniają one, w jaki sposób niskie dawki substancji roślinnych, możliwe do osiągnięcia w normalnej diecie, mogą wywierać realny wpływ ma zdrowie. Wyniki te mogą otworzyć zupełnie nowe możliwości np. w projektowaniu żywności funkcjonalnej i suplementów czy zapachów o działaniu terapeutycznym. Przy użyciu minimalnych ilości składników aktywnych będą w stanie skutecznie regulować przewlekłe stany zapalne. Przed nami z pewnością jeszcze wiele odkryć synergii między różnymi ziołami i przyprawami. Źródło: Nutrients Nasza autorka Magdalena Rudzka Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.
Po raz pierwszy naukowcy wykryli w przestrzeni międzygwiazdowej złożoną cząsteczkę kluczową dla istnienia życia
27 tysięcy lat świetlnych od nas, w obłoku molekularnym znajdującym się pobliżu centrum Drogi Mlecznej, naukowcy odnaleźli złożoną cząsteczkę określaną jako cegiełka życia. Nie oznacza to, że znaleźliśmy obce życie. Jednak wykonaliśmy ogromny krok w kierunku zrozumienia chemicznego powiązania między kosmosem a podstawowymi składnikami istot żywych.
Po raz pierwszy naukowcom udało się wykryć złożoną, pierścieniową cząsteczkę składającą się z 13 atomów, w tym siarki, w przestrzeni międzygwiazdowej. Dokonał tego zespół astronomów z Instytutu Maksa Plancka Fizyki Pozaziemskiej oraz Centrum Astrobiologii CSIC-INTA. Cząsteczka została odkryta dzięki analizom widma międzygwiezdnego obłoku molekularnego G+0.693–0.027, czyli regionu formowania się gwiazd położonego około 27 tysięcy lat świetlnych od Ziemi, w pobliżu centrum Drogi Mlecznej. Odkrycie to wypełnia kluczową lukę, łącząc prostą chemię zachodzącą w przestrzeni kosmicznej ze złożonymi organicznymi „cegiełkami” życia znajdowanymi w kometach i meteorytach. – Jest to istotny krok w kierunku wyjaśnienia kosmicznego pochodzenia chemii życia – przekonują naukowcy w informacji prasowej na temat odkrycia. Budulec życia Zidentyfikowana w obłoku molekularnym cząsteczka to 2,5-cykloheksadien-1-tion (C₆H₆S) – pierścieniowy węglowodór zawierający siarkę, powstający w reakcjach biochemicznych. Został on zidentyfikowany dzięki połączeniu eksperymentów laboratoryjnych z obserwacjami astronomicznymi. Dzięki stabilnemu, sześcioczłonowemu pierścieniowi i łącznej liczbie 13 atomów znacznie przewyższa rozmiarem wszystkie wcześniej wykryte w kosmosie związki zawierające siarkę, co ma istotne znaczenie dla badań nad kosmicznymi początkami życia. – Jest to pierwsze jednoznaczne wykrycie złożonej, pierścieniowej cząsteczki zawierającej siarkę w przestrzeni międzygwiazdowej. I zarazem kluczowy krok w kierunku zrozumienia chemicznego związku między kosmosem a podstawowymi składnikami życia – mówi dr Mitsunori Araki, naukowiec z Instytutu Maxa Plancka i główny autor badania. Międzygwiezdny skarbiec związków organicznych Do tej pory astronomowie identyfikowali w przestrzeni międzygwiazdowej jedynie niewielkie związki siarki, najczęściej złożone z sześciu lub mniej atomów. Bardziej złożone molekuły, pełniące kluczową rolę w białkach i enzymach, pozostawały nieuchwytne. Czy nowoodkryta cząsteczka wypełni lukę między chemią międzygwiazdową a zasobem związków organicznych znanych z komet i meteorytów była jednym z głównych problemów astrochemii? Jak twierdzą eksperci, cząsteczka C₆H₆S jest strukturalnie spokrewniona ze związkami występującymi w próbkach pozaziemskich i stanowi pierwszy tego typu przypadek jednoznacznie potwierdzony w przestrzeni kosmicznej. Badacza z Instytutu Maksa Plancka twierdzą, że tworzy ona bezpośredni chemiczny „most” między ośrodkiem międzygwiazdowym a naszym Układem Słonecznym. Radiowy odcisk palca Badania nad cząsteczką były wielofazowe i obejmowały obserwacje, analizę widma, badania laboratoryjne oraz porównawcze. Zespół zsyntetyzował cząsteczkę w laboratorium, poddając intensywnie pachnący ciekły tiofenol (C₆H₅SH) działaniu wyładowania elektrycznego o napięciu 1000 woltów. Korzystając z opracowanego samodzielnie spektrometru badacze precyzyjnie zmierzyli częstotliwości emisji radiowej C₆H₆S, uzyskując unikatowy „odcisk palca”. Ten radiowy wzorzec został z kolei porównany z danymi astronomicznymi uzyskanymi przy użyciu radioteleskopów IRAM o średnicy 30 metrów oraz Yebes o średnicy 40 metrów w Hiszpanii. – Nasze wyniki pokazują, że trzynastoatomowa cząsteczka, strukturalnie podobna do tych występujących w kometach, istnieje już w młodym, pozbawionym gwiazd obłoku molekularnym. Dowodzi to, że chemiczne podstawy życia powstają na długo przed formowaniem się gwiazd – podkreśla dr Valerio Lattanzi, naukowiec z Instytutu Maksa Plancka. Wygląda na to, że fundamentalne składniki życia mogły powstać w głębi kosmosu na długo przed pojawieniem się Ziemi. A to oznaczałoby, że składniki niezbędne do powstania życia jakie znamy, są bardziej powszechne niż nam się wydaje. Źródło: Nature Astronomy Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Pestycydy na dobre rozgościły się w naszych jelitach. Mogą wywoływać nawet choroby psychiczne
Chemia używana w rolnictwie na dobre przeniknęła do naszych organizmów. Pestycydy pomagają w hodowli żywności, ale sieją spustoszenie w naszych jelitach. Do niedawna brak było dowodów na to, że wykazują jakikolwiek wpływ na pożyteczne bakterie zamieszkujące nasze ciała. Według najnowszych badań z Wielkiej Brytanii mogą prowadzić jednak nawet do chorób psychicznych, a wcześniej po prostu nie zdawaliśmy sobie z tego sprawy.
Aż 168 środków chemicznych, w tym powszechnie stosowane pestycydy, okazało się toksycznych dla ludzkich bakterii jelitowych. Według naukowców z Cambridge ich obecność w jelitach może prowadzić nie tylko do antybiotykooporności, ale także do wielu innych zaburzeń zdrowotnych. Jak dostały się do naszych ciał i czy możemy coś z tym zrobić? Jak pestycydy trafiają do jelit i jakie są skutki ich obecności? Pestycydy to substancje chemiczne stosowane do ochrony roślin uprawnych przed szkodnikami, grzybami czy chwastami. Do organizmu człowieka trafiają między innymi poprzez spożywanie warzyw i owoców, na których pozostały resztki środków ochrony roślin, poprzez wodę pitną skażoną związkami chemicznymi czy w wyniku kontaktu ze środowiskiem (związki chemiczne potrafią unosić się w powietrzu, np. ze spryskanego niedawno pola uprawnego). W trakcie badań przeprowadzonych na Uniwersytecie Cambridge przebadano ponad 1000 chemikaliów obecnych w środowisku – w tym właśnie pestycydy (herbicydy i insektycydy) oraz przemysłowe substancje, takie jak plastyfikatory. Odkryto, że aż 168 z nich wykazuje toksyczny wpływ na bakterie tworzące zdrowy mikrobiom jelitowy. Zagrożenie dla naszych jelit Ale czym tak właściwie jest mikrobiom jelitowy? To zespół mikroorganizmów, głównie bakterii (jest ich ponad 4500 gatunków), które pełnią kluczowe funkcje w układzie pokarmowym, metabolicznym i immunologicznym człowieka. Utrzymanie równowagi tej mikroflory jest niezbędne dla zdrowia. Zakłócenia w składzie i funkcji mikrobiomu mogą prowadzić do zaburzeń trawienia, obniżonej odporności, chorób autoimmunologicznych, otyłości, cukrzycy czy zaburzeń nastroju i funkcji układu nerwowego (np. chorób psychicznych). To wszystko wiedzieliśmy, ale najnowsze badanie pozwoliło potwierdzić, że przemysłowe chemikalia mogą stłumić wzrost bakterii, które nas przed tym wszystkim chronią. Badania mikroflory jelitowej Naukowcy z Cambridge za pomocą mechanizmów uczenia maszynowego przeanalizowali 22 kluczowe gatunki bakterii. Ustalono, że narażenie na określone pestycydy skutkuje zahamowaniem ich rozwoju, a w efekcie zaburzeniem mikroflory. To bezpośrednio prowadzi do przewlekłych schorzeń. Toksyczność niektórych związków była zaskakująco wysoka – zwłaszcza wśród powszechnie stosowanych środków ochrony roślin oraz dodatków do tworzyw sztucznych, zmniejszających ich palność. Te chemikalia dostają się do organizmów nie tylko przez żywność, ale także przez powietrze czy wodę. Pestycydy powodują odporność na antybiotyki Jednym z najpoważniejszych skutków działania środków chemicznych na mikrobiom jest wzrost ryzyka rozwoju antybiotykooporności. Naukowcy udowodnili, że niektóre bakterie próbują przystosować się do obecności toksycznych związków, zmieniając swoją aktywność genetyczną. Skutkiem tego jest pojawianie się odporności na najpopularniejsze antybiotyki, np. na popularny lek ciprofloksacynę. Może to prowadzić do sytuacji, w której choroby bakteryjne będą trudniejsze do wyleczenia. Jak chronić się przed pestycydami? Nie mamy wpływu na powietrze, którym oddychamy, ani na wodę, którą pijemy. W tej sprawie możemy wyrażać tylko opór społeczny i wspierać inicjatywy, które starają się chronić środowisko. Możemy jednak zatroszczyć się o jedzenie, które spożywamy. Naukowcy polecają szczególnie dokładne mycie warzyw i owoców, w tym stosowanie specjalnych płynów, które mogą skutecznie zmniejszyć ilość pozostałych pestycydów. Warto wybierać także – w miarę możliwości – żywność z ekologicznych upraw, która według badań zawiera znacznie mniej syntetycznych środków. Z innej beczki zalecane jest także zwiększenie podaży błonnika, która wspomaga rozwój korzystnych bakterii czy stosowanie probiotyków i prebiotyków (np. fermentowanych produktów mlecznych czy kiszonek), które wspomagają odbudowę mikroflory. To proste, ale naprawdę skuteczne nawyki, za które nasze jelita nam podziękują – badania potwierdzają, że naprawdę nie warto ich bagatelizować. Należy pamiętać, że jelita są centrum naszej odporności, która obecnie wcale nie ma lekko. Źródła: Nature Microbiology, University of Cambridge Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Odnaleziono ślady ziemskiego życia sprzed 3,3 mld lat. Pomogła w tym sztuczna inteligencja
Najwcześniejsze życie na Ziemi pozostawiło po sobie bardzo niewiele molekularnych śladów. Nieliczne pozostałości, takie jak pradawne komórki i maty mikrobiologiczne, przeszły przez wiele procesów geochemicznych, które niemal całkowicie zatarły biosygnatury zawierające kluczowe informacje o pochodzeniu i wczesnej ewolucji życia. Jednak zespół badaczy z Carnegie Institution for Science znalazł sposób na odnajdywanie molekularnych śladów dawnych istot.
– Liczące miliardy lat skały pełne są intrygujących zagadek opowiadających historię życia na Ziemi, ale zawsze brakuje w nich kilku elementów. Połączenie analizy chemicznej z uczeniem maszynowym ujawniło biologiczne wskazówki dotyczące dawnego, niedostrzeżonego wcześniej życia – mówi Katie Maloney z Michigan State University, adiunktka w Katedrze Nauk o Ziemi i Środowisku. Maloney bada ewolucję wczesnych form złożonego życia i ich wpływ na dawne ekosystemy. SI szuka śladów życia Katie Maloney jest jedną z międzynarodowego grona naukowców, kierowanych przez badaczy z Carnegie Institution for Science, które połączyło zaawansowaną chemię ze sztuczną inteligencją, aby odkryć subtelne chemiczne ślady biologii uwięzione w liczących miliardy lat skałach. Bazując na algorytmach uczenia maszynowego badacze wytrenowali komputery do rozpoznawania ledwo dostrzegalnych molekularnych „odcisków palców” pozostawianych przez żywe organizmy. Co najważniejsze, tak wytrenowany system potrafi odkryć oryginalne biomolekuły, gdy te dawno już uległy degradacji. Opublikowane właśnie w prestiżowym czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS) analizy zespołu ujawniły nie tylko chemiczne dowody życia w skałach liczących ponad 3,3 miliarda lat. Odnaleziono także molekularne ślady wskazujące, że fotosynteza tlenowa pojawiła się niemal miliard lat wcześniej, niż dotąd sądzono. Wzorce życia Naukowcy poddali analizie ponad 400 próbek. Znalazły się wśród nich pradawne osady, skamieniałości, a także całkiem współczesne rośliny i żyjące obecnie zwierzęta. Do próbek dołączono nawet materiał z meteorytów. Zaawansowana analiza chemiczna pozwoliła rozłożyć zebrane materiały organiczne i nieorganiczne na najprostsze składniki. Następnie Michael L. Wong i Anirudh Prabhu ze współpracownikami wytrenowali sztuczną inteligencję do rozpoznawania chemicznych „odcisków palców” pozostawionych przez życie – sygnałów możliwych do wykrycia nawet po miliardach lat geologicznych przekształceń. Wyniki były imponujące. Przede wszystkim udowadniają, że można odróżnić materiały pochodzenia biologicznego (takie jak drobnoustroje, rośliny i zwierzęta) od nieożywionych (np. meteorytów czy syntetycznego węgla) z ponad 90-procentową dokładnością. W dodatku można odnaleźć wzorce życia w skałach liczących nawet 3,3 miliarda lat. Do tej pory udawało się to dla śladów nie starszych niż około 1,7 miliarda lat. To oznacza, że badacze zespołu Carnegie Institution for Science niemal podwoili zakres czasu, w którym zachowane w skałach molekuły organiczne mogą dostarczać informacji o fizjologii i ewolucyjnych relacjach ich pierwotnych organizmów! Ale na tym nie koniec. Bo badanie dostarcza również molekularnych dowodów na to, że fotosynteza tlenowa, proces wykorzystywany przez rośliny, glony i wiele mikroorganizmów do pozyskiwania energii ze światła słonecznego, zachodziła co najmniej 2,5 miliarda lat temu. Odkrycie to przesuwa chemiczny zapis fotosyntezy o ponad 800 milionów lat wstecz! Życie na Marsie Badania grupy oparte były na założeniu, że molekuły życia są starannie dobierane w procesach biologicznych. W przeciwieństwie do losowo rozłożonych molekuł w meteorytach i innych abiotycznych mieszaninach organicznych, życie wytwarza stosunkowo niewiele typów molekuł, lecz w dużych ilościach. Każda chemiczna cząsteczka w żywej komórce ma określoną funkcję. A rozkład fragmentów biomolekuł zachowany w starych skałach nadal zawiera diagnostyczne informacje o biosferze, nawet jeśli żadna oryginalna biomolekuła nie przetrwała. Oznacza, że życie pozostawia po sobie znacznie więcej sygnałów, niż ktokolwiek przypuszczał. Poza lepszym zrozumieniem procesów na Ziemi, daje nam to jeszcze jedną możliwość – dowiedzenie się, czy życie istniało w innych niż Ziemia miejscach Układu Słonecznego. Idealne do tego byłyby pobierane przez łazik Perseverance próbki z wyżłobionego przez wodę obszaru krateru Jezero na Marsie. Oczywiście pod warunkiem, że kiedyś uda się nam przewieźć je na Ziemię, ponieważ obecna administracja USA zamknęła projekt Mars Sample Return. Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Rdza pomoże odnaleźć życie w kosmosie. Pierwszym przystankiem Mars
Na Ziemi bakterie „pożerają” żelazo, a śladem po nich pozostaje rdza. Naukowcy udowodnili, że minerały powstające w wyniku działania mikroorganizmów mogą przechowywać ich ślady przez miliardy lat – działa to także na innych planetach. Jak efekty metabolizmu żelaza mogą stać się najlepszym sposobem poszukiwania życia na Marsie i lodowych księżycach zewnętrznego Układu Słonecznego?
Koszmar handlarzy samochodów stał się właśnie błogosławieństwem naukowców zajmujących się kosmosem. Rdza, a wraz z nią minerały powstające w wyniku działania mikroorganizmów utleniających żelazo, to trwały ślad świadczący o obecności bakterii. Dzięki najnowszym technologiom i odkryciom naukowcy są coraz bliżej zidentyfikowania takich sygnatur poza Ziemią. Mikroorganizmy utleniające żelazo i ich znaczenie dla astrobiologów Na Ziemi wiele gatunków bakterii potrafi wykorzystywać żelazo jako źródło energii. Mikroorganizmy utleniające żelazo (tzw. bakterie żelazowe) są niezwykle istotne, gdyż ich metabolizm prowadzi do powstawania trwałych minerałów, takich jak hematyt czy goethyt. Tworzą rdzawe struktury o specyficznym kształcie (skręcone włókna, osłonki rurkowate, sieci filamentów). W przeciwieństwie do cząsteczek organicznych, które szybko ulegają degradacji pod wpływem promieniowania i chemicznych procesów utleniających, minerały żelaza są na tyle stabilne, że „przeżywają” ekstremalne warunki. Dzięki temu stanowią wiarygodne oznaki życia sprzed miliardów lat. Dodatkowo ich unikatowe struktury morfologiczne i chemiczne pozwalają na ich jednoznaczną identyfikację – co ma ogromne znaczenie w misjach eksploracyjnych w kosmosie. Jak bakterie żywią się żelazem? Niektóre bakterie potrafią utleniać żelazo (II) lub redukować żelazo (III), wykorzystując je jako źródło energii – odpowiednio tak, jak ludzie używają tlenu. Bakterie utleniające żelazo przekształcają żelazo (II) w żelazo (III), co prowadzi do powstania charakterystycznych, rdzawych osadów. Z kolei mikroorganizmy redukujące żelazo wykorzystują żelazo (III) jako akceptor elektronów, przekształcając je w żelazo (II). Oba te procesy wiążą metabolizm żelaza z cyklem węgla, azotu, a nawet fotosyntezą. Odkrycia minerałów żelaza na Marsie, Księżycu i lodowych księżycach Jowisza Mars, lodowa Europa (księżyc Jowisza) i Enceladus (księżyc Saturna) to trzy główne cele dla przyszłych misji astrobiologicznych. Każde z tych miejsc oferuje warunki sprzyjające aktywności mikroorganizmów metabolizujących żelazo. Mars, dzięki swojej czerwonej powierzchni bogatej w utlenione żelazo i dowodom na obecność płynnej wody w przeszłości, jest idealnym kandydatem do poszukiwań biosygnatur. Jeżeli życie mikrobiologiczne tam istniało, to mogło wykorzystywać żelazo jako źródło energii, a ślady jego ucztowania mogłyby przetrwać do dziś w osadach skalnych. Na Europie i Enceladusie naukowcy spodziewają się obecności podpowierzchniowych oceanów w kontakcie z bogatymi w żelazo skałami dna. Enceladus wyrzuca cząstki lodowe w przestrzeń przez gejzery na biegunie południowym. Planowane misje kosmiczne mogą analizować te próbki pod kątem obecności biosygnatur żelaza. Nie mniej intrygujące są odkrycia na Księżycu, gdzie zaobserwowano obecność hematytu –pomimo braku tlenu w atmosferze. Wstępna hipoteza zakłada, że tlen przenoszony z Ziemi przez wiatr słoneczny umożliwił utlenienie żelaza na jego biegunach, więc w tym kontekście szansa na znalezienie śladów życia jest znikoma. Nowe podejście do badania kosmosu, czyli AI na ratunek Zastosowanie sztucznej inteligencji w astrobiologii pozwala na szybkie i skuteczne rozpoznawanie charakterystycznych form geologicznych mogących zawierać biosygnatury żelaza. Naukowcy uczą algorytmy na podstawie zdjęć i próbek z ekstremalnych środowisk Ziemi. W ten sposób AI identyfikuje kształty i tekstury typowe dla działalności bakterii żelazowych, odróżniając je od śladów procesów niebiologicznych. Stawka jest wysoka. System badań opracowany przez zespół badawczy prowadzony przez Laurę Teneladę-Osorio z Uniwersytetu w Tybindzie w Niemczech może pozwolić nie tylko na potwierdzenie życia poza naszą planetą, ale także udowodnić, że ta sama chemia, która odpowiada za biosferę Ziemi, działa w całym Układzie Słonecznym. Źródło: Earth-Science Reviews Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Licząca 400 milionów lat ziemska roślina potrafi wytwarzać „kosmiczną” wodę
Equisetum laevigatum to wyrastająca współcześnie do nawet półtora metra wysokości roślina z rodziny skrzypów. Analizujący ją amerykańscy badacze zauważyli, że jest ona naturalnym destylatorem, generującym wzorce izotopowe uznawane dotąd za niemożliwe do uzyskania na Ziemi w sposób naturalny. Przefiltrowana przez skrzyp woda najbardziej przypomina... tę pochodzącą z meteorytów.
– To metrowej wysokości cylinder z milionem równomiernie rozmieszczonych otworów, prawdziwy cud inżynieryjny. Nie dałoby się stworzyć czegoś takiego w laboratorium – mówi o Equisetum laevigatum, czyli skrzypie gładkim prof. Zachary Sharp z Wydziału Nauk o Ziemi i Planetach Uniwersytetu Nowego Meksyku w USA. Prof. Sharp jest głównym autorem badania opublikowanego niedawno na łamach „Proceedings of the National Academy of Sciences”, jednego z najbardziej prestiżowych i najczęściej cytowanych czasopism naukowych na świecie. W artykule „Extreme triple oxygen isotope fractionation in Equisetum” grupa badaczy pod jego przewodnictwem opisuje skrzypy – rośliny o pustych łodygach, istniejące na Ziemi od ponad 400 mln lat. Badacze odkryli, że woda przemieszczająca się przez te rośliny ulega naturalnej filtracji tak intensywnej, iż jej sygnatury izotopowe zaczynają przypominać te obserwowane w meteorytach i innych pozaziemskich materiałach. Naturalny destylator z Rio Grande Izotopy tlenu pełnią funkcję „znaczników” pozwalających ustalić źródła wody, procesy transpiracji oraz właściwości wilgoci atmosferycznej. Cięższe izotopy są rzadkie, co utrudnia przewidywanie zmian ich proporcji w rzeczywistych warunkach środowiskowych. Chcąc zbadać ten proces, zespół Sharpa zebrał skrzypy gładkie rosnące wzdłuż Rio Grande w Nowym Meksyku. Śledzono zmiany wartości izotopowych od dolnych części łodyg do ich szczytów. Najwyższe próbki wykazały ekstremalne wartości, które wcześniej wydawały się wykraczać poza jakikolwiek znany ziemski zakres. Autorzy badania wyjaśniają, że skrzypy działają jak naturalne wieże destylacyjne, wytwarzając niezwykle nietypowe sygnatury izotopowe tlenu – bardziej ekstremalne niż jakiekolwiek dotąd zarejestrowane na Ziemi, czasem przypominające wodę z meteorytów. – Gdybym znalazł próbkę takiej wody poza skrzypem, powiedziałbym, że pochodzi z meteorytu – stwierdził Sharp. 400 milionów lat zmian ziemskiego klimatu Ale odkrycie nie jest tylko ciekawostką. Przede wszystkim wspomniane sygnatury izotopowe zachowane w skamieniałościach oferują nową metodę badania dawnych warunków klimatycznych. Co oznacza, że ta niezwykła roślina może dostarczyć nowego spojrzenia na klimat Ziemi sprzed milionów lat! Aby tego dokonać, naukowcy z Uniwersytetu Nowego Meksyku opracowali nowy sposób odczytywania danych dotyczących klimatu w przeszłości, wykorzystując zarówno współczesne rośliny, jak i skamieniałe fitolity zachowujące takie sygnatury przez miliony lat. Fitolity to mikroskopijne, krzemionkowe formy, które powstają w komórkach roślin. Po obumarciu samych roślin zachowują ich kształt i są wykorzystywane w nauce do identyfikacji roślin z przeszłości. Skamieniałe skrzypy, z których niektóre dorastały nawet do 30 metrów wysokości, zawierają właśnie wspomniane fitolity, które mogły zachowywać sygnatury izotopowe przez miliony lat. Według Sharpa działają one jak „paleo-higrometr”, czyli narzędzie do pomiaru dawnej wilgotności. – Możemy teraz zacząć odtwarzać wilgotność i warunki klimatyczne sprzed epoki dinozaurów – powiedział prof. Sharp w trakcie konferencji geochemicznej Goldschmidt, która niedawno odbyła się w Pradze. Jak się okazuje skrzypy, jedne z najstarszych żyjących roślin na Ziemi, są nieoczekiwanymi, lecz wyjątkowo skutecznymi strażnikami historii klimatu planety. Źródło: Science Daily Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Po raz pierwszy odkryto sygnał radiowy z komety. To międzygwiezdny przybysz
Astronomowie za pomocą radioteleskopu MeerKAT wykryli pierwszy sygnał radiowy pochodzący z komety międzygwiezdnej 3I/ATLAS. Fale nie zostały jednak wysłane przez obcą cywilizację. Wyjaśnienie jest znacznie prostsze.
3I/ATLAS to międzygwiezdna kometa, czyli pochodzący spoza naszego Układu Słonecznego obiekt, który przelatuje przez jego wnętrze, a następnie ponownie ucieka w przestrzeń między gwiazdami. Odkryto ją w programie badawczym Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) w chilijskim Río Hurtado 1 lipca 2025 r., gdy pędziła z prędkością z prędkością ponad 210 000 km/godz. Znajdowała się wówczas w odległości ok. 670 mln km od Słońca. Jest to trzeci potwierdzony obiekt międzygwiezdny, po 1I/ʻOumuamua i 2I/Borisov. Czym jest międzygwiezdna kometa 3I/ATLAS? Uważa się, że 3I/ATLAS może mieć od 7 do 11 miliardów lat. Czyni to ją najstarszą kometą, jaką kiedykolwiek widzieliśmy. Została prawdopodobnie wyrzucona ze swojego macierzystego układu podczas formowania planet i od tego czasu przemierza pustą przestrzeń międzygwiezdną. Co ważne, porusza się po hiperbolicznej trajektorii, co oznacza, że już nigdy nie wróci do naszego Układu Słonecznego. Obiekt ten był w ostatnim czasie badany przez składający się z 64 anten radioteleskop MeerKAT znajdujący się w RPA. Astronomowie zarejestrowali sygnał radiowy komety 24 października, gdy ta minęła swoje peryhelium. To moment i miejsce na orbicie, w którym odległość danego obiektu od Słońca jest najmniejsza. Ale jak to się stało, że kometa emitowała taki sygnał? Jak kometa może emitować fale radiowe? Choć brzmi to, jakby była to co najmniej wiadomość od cywilizacji z innej galaktyki, w rzeczywistości to całkowicie naturalne zjawisko fizyczne. Wynika z oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z gazami i pyłami w otoczce komety. Kiedy obiekt wchodzi w okolice Słońca, czyli zbliża się do peryhelium, jego jądro, złożone z lodu, skał i pyłów, zaczyna się nagrzewać. Lód natomiast zaczyna przechodzić ze stanu stałego w gaz. W efekcie wokół jądra tworzy się koma (wyglądająca na niebie jak błękitna otoczka), czyli ogromna chmura gazu i pyłu, w której zaczynają zachodzić złożone reakcje chemiczne. Pod wpływem promieniowania słonecznego cząsteczki wody w tej chmurze rozpadają się na rodniki hydroksylowe (OH), które mogą pochłaniać i emitować fale radiowe o określonej częstotliwości. To właśnie te naturalne interakcje między promieniowaniem a cząsteczkami gazu zarejestrował radioteleskop MeerKAT. Czyli de facto nie pozaziemski sygnał, lecz radiowy ślad aktywności chemicznej komety. Pierwszy raz naukowcy wykryli sygnał radiowy z komety To nie pierwszy raz, gdy uzyskano dowody na to, że na powierzchni komety może znajdować się woda. Zauważyli to na początku października naukowcy z NASA. Najnowsze odkrycie wskazuje jednak, że woda ta jest rozkładana przez promieniowanie słoneczne i nagrzewanie właśnie podczas peryhelium. Warto zauważyć, że to pierwsze w historii wykrycie fal radiowych pochodzących z komety spoza Układu Słonecznego. Dla naukowców to nie tylko ciekawostka, lecz również źródło danych o chemicznym składzie międzygwiezdnych obiektów. Astronomowie podkreślają, że ta obserwacja pozwala lepiej zrozumieć, jak wyglądały procesy formowania się materii w innych układach gwiezdnych miliardy lat temu. Co ciekawe, międzygwiezdny przybysz 3I/ATLAS znajdzie się najbliżej naszej planety 19 grudnia 2025 r. Wówczas minie Ziemię w odległości ok. 260 mln km. Niestety, nie będzie możliwe dostrzeżenie komety gołym okiem, a nawet amatorskimi lub półprofesjonalnymi teleskopami. Przy tej odległości jej jasność będzie zbyt mała dla obserwatorów nocnego nieba. Źródło: The Astronomer’s Telegram Nasz autor Jakub Rybski Dziennikarz, miłośnik kina niezależnego, literatury, ramenu, gier wideo i dobrego rocka. Wcześniej związany z telewizją TVN24 i Canal+, obecnie pracuje w RMF FM. Zawodowo nie boi się podejmować żadnego tematu. Pisze przede wszystkim o archeologii i przyrodzie. Prywatnie bardzo zainteresowany polityką.
Chińska misja Chang’e 6 przywiozła na Ziemię coś dziwnego z niewidocznej strony Księżyca
Próbki księżycowego pyłu pobrane przez chińską misję Chang’e 6 z niewidocznej strony Księżyca pozwalają sięgnąć do najwcześniejszej epoki ewolucji naszego naturalnego satelity. Chińscy badacze odnaleźli w próbce drobinki pochodzące z rodzaju meteorytu zawierającego wodę – tak kruchego, że rzadko przetrwa on podróż przez ziemską atmosferę.
W czerwcu 2024 roku kapsuła prowadzonej przez Chińską Narodową Agencję Kosmiczną (CNSA) misji księżycowej Chang’e 6 powróciła na Ziemię. Znajdowały się w niej próbki regolitu pobrane z niewidocznej strony Księżyca, a konkretnie z krateru Apollo. Szczegółowe badania zebranego materiału wykazały obecność drobinek pyłu pochodzących z rodzaju meteorytu zawierającego wodę, tak kruchego, że rzadko przetrwa on podróż przez ziemską atmosferę. To pierwsze potwierdzone znalezisko szczątków meteorytu typu Iwuna (Ivuna) – węglowego chondrytu CI – jakie kiedykolwiek odkryto na Księżycu. Odkrycie to pokazuje, że delikatne, bogate w wodę planetoidy mogą pozostawiać mikroskopijne ślady w księżycowym regolicie. Meteoryt sprzed miliardów lat Zespół geochemików pod kierunkiem Jintuana Wanga i Zhiminga Chena z Chińskiej Akademii Nauk przeanalizował ponad pięć tysięcy fragmentów materiału zebranych przez Chang’e 6. Naukowcy szukali śladów po uderzeniach meteorytów. Nie tylko tych stosunkowo młodych, lecz przede wszystkim pochodzących sprzed miliardów lat. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/jutro-po-ciemnej-stronie-ksiezyca-sprobuje-wyladowac-chang-e-6-jesli-sie-uda-przywiezie-2-kg-ksiezycowego-regolitu-b9009e4.jpg" width="1080" height="816" alt="Jutro po ciemnej stronie Księżyca spróbuje wylądować Chang’e 6. Jeśli się uda, przywiezie 2 kg księżycowego regolitu" title="Jutro po ciemnej stronie Księżyca spróbuje wylądować Chang’e 6. Jeśli się uda, przywiezie 2 kg księżycowego regolitu" /> W ten sposób badacze trafili na chondryt CI, należący do najbogatszych w wodę i lotne związki meteorytów, o składzie podobnym do planetoid takich jak Ryugu i Bennu. Chondryty CI są wyjątkowo porowate i bogate w minerały uwodnione. Uznaje się, że woda może stanowić nawet 20% ich masy. Są również miękkie i kruche, a co za tym idzie trudne do odnalezienia, ponieważ zazwyczaj ulegają zniszczeniu przy wejściu w atmosferę i uderzeniu w Ziemię. To sprawia, że ten typ meteorytów stanowi mniej niż jeden procent wszystkich kosmicznych odłamków znalezionych na Ziemi. Badacze nie spodziewali się ich również na Księżycu, bo choć nie ma tam atmosfery, to prędkość uderzenia meteorytu jest tak wielka, że większość materiału ulega odparowaniu, stopieniu lub wyrzuceniu z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Księżycowy oliwin Badacze skupili się na oliwinie – krzemianie magnezu i żelaza, powszechnym w skałach wulkanicznych, stopach uderzeniowych i meteorytach. Wyizolowali kilka fragmentów zawierających oliwin, oszlifowali je i przebadali przy użyciu mikroskopii elektronowej i spektrometrii masowej jonów wtórnych. W analizowanej próbce kryształy oliwinu osadzone były w szklistej matrycy – co sugeruje szybkie stopienie i zestalenie po uderzeniu. Największe zaskoczenie przyniosły jednak badania chemiczne i izotopowe. Zespół porównał m.in. stosunki żelaza do manganu, zawartość tlenków niklu i chromu oraz izotopy tlenu i krzemu. Wartości te nie odpowiadały ani skałom księżycowym, ani ziemskim. Zamiast tego, dokładnie odpowiadały składowi meteorytów pochodzących z planetoidy typu chondryt CI, która uderzyła w Księżyc, stopiła się, a następnie szybko ostygła, zachowując swój skład przez miliardy lat. Przepływ materii w systemie Ziemia-Księżyc To pierwszy bezpośredni dowód fizyczny, że chondryty CI bombardowały Księżyc we wczesnej historii Układu Słonecznego oraz że ich mikroskopijne fragmenty mogą przetrwać do dziś. Co więcej, środowisko Księżyca może być lepsze niż ziemskie w zachowywaniu tego rodzaju materiału. Analiza sugeruje, że chondryty CI mogą stanowić nawet 30% księżycowej kolekcji meteorytów. – Historia bombardowania Księżyca meteorytami dostarcza wyjątkowej okazji do lepszego zrozumienia procesów transportu materii w Układzie Słonecznym – napisali chińscy naukowcy w pracy opublikowanej na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences. – Choć kolekcja meteorytów ziemskich jest kluczowym punktem odniesienia dla badań przepływu materii w systemie Ziemia–Księżyc, obarczona jest poważnymi błędami statystycznymi wynikającymi z dynamiki orbity Ziemi i działania atmosfery. Dlatego systematyczna identyfikacja i klasyfikacja meteorytów na bezpowietrznym Księżycu stanowi ważne uzupełnienie w rekonstrukcji historii akrecji materii i populacji impaktorów wewnętrznego Układu Słonecznego – twierdzą naukowcy. Źródło: PNAS Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Twój kod życia mówi więcej niż myślisz – genetyka pomaga zrozumieć historię całej ludzkości
Genetyka to fascynująca nauka, dążąca do odczytania i zrozumienia samej esencji życia. Opiera się na dwóch fundamentalnych filarach – dziedziczności i zmienności. To właśnie te zjawiska napędzają ewolucję i kształtują bogactwo życia na naszej planecie, a fundamentalna wiedza na ich temat pozwala zmieniać oblicze medycyny, rolnictwa, kryminalistyki, a nawet naszego rozumienia odległej przeszłości.
Spis treści: DNA jak księga życia Historia odkrywania kodu Trzy filary genetyki Zastosowania, które zmieniają świat Nazwa „genetyka” wywodzi się od starogreckiego słowa „genesis”, oznaczającego pochodzenie. Pod tym pojęciem kryje się nauka o dziedziczności i zmienności organizmów. Dziedziczność wyjaśnia, dlaczego potomstwo dziedziczy cechy po swoich rodzicach, jak choćby kolor oczu matki czy wzrost ojca. Z kolei zmienność wyjaśnia, dlaczego każdy osobnik jest unikatowy, a w obrębie gatunku istnieje tak ogromna różnorodność. DNA jak księga życia U fundamentalnych podstaw genetyki leży niezwykła cząsteczka DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy. To właśnie w niej, w postaci sekwencji chemicznych „liter”, zapisana jest cała informacja genetyczna organizmu. Jednakże, aby w pełni zrozumieć, jak ta informacja jest przechowywana, kopiowana i odczytywana, należy najpierw poznać jej trójwymiarową architekturę. Struktura DNA nie jest bowiem pasywnym „magazynem danych”. To dynamiczna „maszyna”, w której każda cecha konstrukcyjna ma fundamentalne znaczenie dla jej funkcji. Budowa podwójnej helisy Najtrafniejszą i najczęściej stosowaną analogią, opisującą strukturę DNA, jest obraz skręconej drabiny. W tej wizualizacji, dwie długie, wijące się „poręcze” tworzą tzw. szkielet cukrowo-fosforanowy. Z kolei łączącej je szczeble składają się z par zasad azotowych. Podstawową jednostką budulcową DNA jest nukleotyd, składający się z trzech połączonych ze sobą elementów: pięciowęglowego cukru, zwanego deoksyrybozą; reszty kwasu fosforowego, która nadaje cząsteczce DNA jej kwasowy charakter; jednej z czterech zasad azotowych: adeniny (A), guaniny (G), cytozyny (C) lub tyminy (T). Zasady, o których mowa. dzielą się na dwie grupy: puryny (adenina i guanina) i pirymidyny (cytozyna i tymina). Nukleotydy łączą się ze sobą w długie łańcuchy, tworząc nić DNA. Połączenie to następuje poprzez wiązania fosfodiestrowe, w których reszta fosforanowa jednego nukleotydu przyłącza się do cukru następnego, tworząc stabilny szkielet cukrowo-fosforanowy. Magia replikacji DNA Każda komórka, zanim ulegnie podziałowi, musi stworzyć idealną kopię całej swojej informacji genetycznej, aby przekazać ją komórkom potomnym. Mechanizm ten, zwany replikacją DNA, jest jednym z najbardziej fundamentalnych procesów w biologii. Replikacja przebiega w modelu semikonserwatywnym, co oznacza, że podwójna helisa jest najpierw rozplatana, a następnie każda z pojedynczych, starych nici służy jako matryca do syntezy nowej, komplementarnej nici. W rezultacie, powstają dwie identyczne cząsteczki DNA, z których każda zawiera jedną nić „starą” i jedną „nową”. Historia odkrywania kodu Już nasi przodkowie byli świadomi, że każda istota żywa dziedziczy cechy po swoich rodzicach. Dowodem na to niech będzie choćby hodowla selektywna, zmierzająca do uzyskania odmian zwierząt, wykazujących pożądane cechy. Historia nowoczesnej genetyki rozpoczęła się natomiast w XIX wieku, w klasztorze w Brnie. Od groszku do genów W 1866 roku czeski zakonnik i przyrodnik Grzegorz Mendel położył fundamenty pod całą dziedzinę genetyki, po raz pierwszy opisując podstawowe prawa dziedziczenia cech. Swojego przełomowego odkrycia dokonał, prowadząc eksperymenty na grochu. Geniusz jako metody krył się zastosowaniu podejścia ilościowego do problemu biologicznego .Zamiast opisywać cechy w sposób ogólny, precyzyjnie liczył potomstwo o określonych właściwościach, takich jak kolor kwiatów czy kształt nasion. Na podstawie swoich badań Mendel sformułował podstawowe prawa dziedziczenia. Odkrył, że cechy nie „mieszają się” ze sobą, jak powszechnie sądzono, ale są przekazywane przez dyskretne „czynniki”, które dziś nazywamy genami. Jego pierwsze prawo, prawo czystości gamet, stanowi, że każda komórka rozrodcza (gameta) otrzymuje tylko jeden z dwóch alleli (wersji genu) od rodzica. Drugie prawo, prawo niezależnej segregacji cech, mówi, że geny odpowiedzialne za różne cechy dziedziczą się niezależnie od siebie. Niestety, przełomowe prace Mendla, opublikowane w 1866 roku, wyprzedzały swoją epokę i zostały niemal całkowicie zignorowane przez świat nauki. Dopiero na początku XX wieku, kilkanaście lat po jego śmierci, zostały ponownie odkryte, dając początek nowoczesnej genetyce. Wyścig po helisę W połowie XX wieku naukowcy wiedzieli już, że to właśnie DNA jest nośnikiem informacji genetycznej. Struktura kwasu deoksyrybonukleinowego pozostawała jednak jedną z największych zagadek nauki. Rozwiązanie tego problemu stało się celem swoistego wyścigu, w którym brało udział kilka czołowych grup badawczych. Wśród badaczy znaleźli się: amerykański biolog James Watson i Francis Crick, brytyjski fizyk z Uniwersytetu w Cambridge, oraz Maurice Wilkins i Rosalind Franklin, chemiczka z King's College w Londynie. To właśnie Franklin, wykorzystując technikę zwaną krystalografią rentgenowską, wykonała w 1952 roku zdjęcie, które przeszło do historii jako „Zdjęcie 51”. Obraz ten dostarczył kluczowych dowodów na to, że cząsteczka DNA ma strukturę helikalną (spiralną). Niestety, w wyniku napiętych relacji w zespole, Maurice Wilkins, bez wiedzy i zgody Franklin, pokazał zdjęcie Watsonowi. Dla niego i Cricka był to moment olśnienia. Łącząc dane z fotografii z innymi dostępnymi informacjami, w krótkim czasie zbudowali poprawny model podwójnej helisy, który opublikowali w kwietniu 1953 roku w czasopiśmie „Nature”. Odkrycie to było jednym z najważniejszych w historii biologii. W 1962 roku Watson, Crick i Wilkins otrzymali za nie Nagrodę Nobla. Rosalind Franklin, której wkład był absolutnie kluczowy, zmarła w 1958 roku i nie została uhonorowana, ponieważ nagroda ta nie jest przyznawana pośmiertnie. Mapa człowieka Kolejna rewolucja nastąpiła w 1990 roku, kiedy uruchomiony został Projekt Poznania Ludzkiego Genomu (Human Genome Project, HGP). Celem jednego z najambitniejszych przedsięwzięć w historii nauki było zsekwencjonowanie całej informacji genetycznej człowieka – około 3 miliardów „liter” kodu DNA. Projekt zakończył się w kwietniu 2003 roku. Międzynarodowy zespół naukowców opracował pierwszą niemal kompletną mapę ludzkiego genomu. Obejmowała ona około 92 proc. sekwencji. Pozostałe 8 proc., składające się z powtarzalnych i trudnych do odczytania fragmentów, zostało pominięte i przez lata było określane jako „śmieciowe DNA”. Dopiero w 2022 roku, dzięki nowym technologiom, międzynarodowemu konsorcjum naukowców udało się w pełni zsekwencjonować również te brakujące fragmenty. Okazało się, że nie są one wcale „śmieciami”, a odgrywają kluczową rolę w fundamentalnych procesach komórkowych, takich jak prawidłowy podział komórek. To odkrycie otworzyło zupełnie nowe perspektywy w badaniach nad nowotworami i innymi chorobami. Genetyczne nożyczki, czyli edycja DNA Najnowszym i być może najdonioślejszym przełomem w genetyce jest rozwój technologii CRISPR-Cas9. System ten, pierwotnie odkryty u bakterii jako mechanizm obronny przed wirusami, został zaadaptowany przez naukowców do roli niezwykle precyzyjnych „molekularnych nożyczek”. Pozwala on na „wycinanie” i „wklejanie” fragmentów DNA w niemal dowolnym, precyzyjnie określonym miejscu w genomie. Za opracowanie tej metody Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna otrzymały w 2020 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Technologia CRISPR zdemokratyzowała inżynierię genetyczną, czyniąc ją stosunkowo prostą, tanią i dostępną dla tysięcy laboratoriów na całym świecie, co otworzyło erę edycji genomu o niewyobrażalnym dotąd potencjale. Trzy filary genetyki Genetyka jest nauką rozległą, obejmującą badania na różnych poziomach organizacji życia. Aby usystematyzować tę dziedzinę, dzieli się ją na kilka głównych działów, z których każdy koncentruje się na innych aspektach dziedziczności i zmienności. Tradycyjnie wyróżnia się 3 fundamentalne filary genetyki. Są to: genetyka klasyczna – jest to najstarszy dział genetyki, którego korzenie sięgają prac Grzegorza Mendla. Koncentruje się na poziomie całego organizmu. Bada, w jaki sposób cechy są przekazywane z pokolenia na pokolenie, analizując wyniki krzyżówek i obserwując wzory dziedziczenia w rodzinach i rodowodach. To właśnie genetyka klasyczna pozwoliła na sformułowanie podstawowych praw dziedziczenia i zrozumienie pojęć takich jak dominacja, recesywność czy sprzężenie genów; genetyka molekularna – ten dział schodzi na poziom cząsteczek. Bada chemiczną naturę genów i mechanizmy, za pomocą których informacja genetyczna jest przechowywana, replikowana, odczytywana i tłumaczona na białka. To w ramach genetyki molekularnej odkryto strukturę DNA, zbadano proces replikacji i opracowano technologie, takie jak PCR i sekwencjonowanie DNA; genetyka populacyjna – perspektywa tego działu obejmuje całe populacje organizmów. Genetyka populacyjna bada, jak rozkład i częstość występowania różnych wersji genów w populacji zmieniają się w czasie. Analizuje wpływ selekcji naturalnej, dryfu genetycznego, mutacji i migracji na pulę genową populacji, dostarczając matematycznych narzędzi do zrozumienia procesów ewolucyjnych. Poza sekwencją Przez długi czas genetyka skupiała się na „twardym” kodzie, zapisanym w sekwencji DNA, traktując go jako w dużej mierze niezmienny plan. Jednak w ostatnich dekadach narodziła się nowa, rewolucyjna dziedzina – epigenetyka. Bada ona dziedziczne zmiany w funkcji genów, które nie są spowodowane zmianami w samej sekwencji nukleotydów. Epigenetyka pokazuje, że genom nie jest „sztywnym scenariuszem”, a „dynamicznym systemem”, który pozostaje w ciągłym dialogu ze środowiskiem. Zastosowania, które zmieniają świat Wiedza zdobyta dzięki genetyce nie pozostaje zamknięta w laboratoriach. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat stała się potężnym narzędziem, które zrewolucjonizowało i wciąż rewolucjonizuje niemal każdą dziedzinę ludzkiej działalności. Medycyna przyszłości Wpływ genetyki na medycynę jest nie do przecenienia. Już teraz dziedziny te przeplatają się, a nadejście ery medycyny personalizowanej jest tylko kwestią czasu. Główne obszary zastosowania genetyki w medycynie to: diagnostyka genetyczna, farmakogenomika, terapia genowa. Na polu i w zagrodzie Genetyka zrewolucjonizowała także rolnictwo i hodowlę, dostarczając narzędzi do zwiększania plonów i poprawy jakości żywności. W tym przypadku, główne zastosowania genetyki to: organizmy modyfikowane genetycznie (GMO), selekcja wspomagana markerami (MAS). DNA jako dowód Genetyka stała się też jednym z najpotężniejszych narzędzi w rękach organów ścigania. W kryminalistyce. zastosowanie tej nauki dotyczy dziedzin takich jak: profilowanie DNA, genealogia genetyczna. Odczytywanie przeszłości Genetyka otworzyła zupełnie nowe okno na naszą przeszłość. Dzięki rozwojowi technik analizy kopalnego DNA (aDNA), naukowcy są w stanie pozyskiwać i odczytywać materiał genetyczny ze szczątków ludzi, zwierząt i roślin sprzed tysięcy, a nawet setek tysięcy lat. Nasz autor Artur Białek Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.
Z czego zbudowany jest kod życia? Tajemnice budowy DNA
Podwójna helisa DNA, przypominająca skręconą drabinę sznurową, stała się uniwersalnym symbolem życia, dziedziczności i samej esencji tego, kim jesteśmy. Ta niezwykła struktura nie jest jedynie przypadkowym kształtem. Stanowi rozwiązania problemów, przed którymi stoi życie: jak przechowywać ogromne ilości informacji, chronić je przed uszkodzeniami i wiernie przekazywać kolejnym pokoleniom. Jak przedstawia się budowa DNA? Poniżej odpowiadamy na to pytanie.
Spis treści: Dekonstrukcja nukleotydu Tworzenie łańcucha Nie ulega wątpliwości, że kwas deoksyrybonukleinowy to jeden z najgenialniejszych tworów natury. Nie każdy wie, że DNA pojedynczej komórki zawiera około 6 miliardów par zasad, co w przeliczeniu na jednostki cyfrowe przekłada się na około 1,5 gigabajta danych. Organizm dorosłego człowieka składa się z kilkudziesięciu bilionów komórek. Sumując je wszystkie, należy przyjąć, że cząsteczki DNA we wszystkich komórkach organizmu gromadzą ponad 40 zettabajtów danych, czyli wielokrotnie więcej niż wynosi szacunkowa pojemność wszystkich serwerowni Google na świecie. Genetyka odsłoniła przed nami tajemnice DNA już w XX wieku, gdy powstało słynne „Zdjęcie 51”, niepodważalny dowód na jego helikalną strukturę. Dekonstrukcja nukleotydu Żeby zrozumieć, jak zbudowana jest cała struktura DNA, najpierw należy rozłożyć ją na najmniejsze jednostki budulcowe. Tą fundamentalną „cegiełką” jest cząsteczka zwana nukleotydem. Każdy z miliardów tworzących DNA nukleotydów jest precyzyjnie skonstruowany z trzech odrębnych komponentów. Razem wzięte, tworzą jednostkę zdolną zarówno do budowania struktury, jak i do przenoszenia informacji. Trzy filary Centralnym elementem każdego nukleotydu DNA jest pięciowęglowy cukier (pentoza) o nazwie deoksyryboza. To coś w rodzaju szkieletu, do którego przyłączone są pozostałe dwa komponenty. Cząsteczka ta jest blisko spokrewniona z innym cukrem, rybozą, występującą w RNA. Jednak brakuje jej jednej grupy hydroksylowej (-OH) przy drugim atomie węgla w pierścieniu. Ta pozornie niewielka modyfikacja chemiczna znacząco zwiększa stabilność kwasu deoksyrybonukleinowego, czyniąc go idealnym materiałem do długoterminowego przechowywania informacji genetycznej, w przeciwieństwie do bardziej reaktywnego i krótkotrwałego RNA. Do piątego atomu węgla w cząsteczce deoksyrybozy przyłączona jest (wiązaniem estrowym) reszta kwasu fosforowego, zwana grupą fosforanową. Pełni ona rolę kluczowego łącznika – swoistego „zaczepu”, który w przyszłości połączy jeden nukleotyd z następnym, tworząc długi łańcuch. Grupy fosforanowe niosą ze sobą ujemny ładunek elektryczny, co nadaje całej cząsteczce DNA silnie ujemny charakter. Ta właściwość jest niezwykle ważna, ponieważ wpływa interakcje DNA z białkami, które często mają dodatnio naładowane obszary. Prawdziwym centrum informacyjnym nukleotydu jest zasada azotowa, przyłączona do pierwszego atomu węgla deoksyrybozy wiązaniem glikozydowym. W DNA występują cztery różne zasady, które stanowią „litery” genetycznego alfabetu: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T). To właśnie sekwencja, czyli kolejność tych czterech zasad w łańcuchu DNA, koduje wszystkie instrukcje potrzebne do budowy i funkcjonowania organizmu. Puryny i pirymidyny Cztery zasady azotowe nie są sobie równe pod względem budowy chemicznej. Dzielą się na dwie odrębne grupy, a ta klasyfikacja ma fundamentalne znaczenie dla struktury całej podwójnej helisy. Grupy, o których mowa, to: puryny – należą do nich adenina i guanina. Są to większe cząsteczki, zbudowane z dwóch połączonych ze sobą pierścieni węglowo-azotowych; pirymidyny – to cytozyna i tymina, mniejsze cząsteczki, składające się z pojedynczego pierścienia węglowo-azotowego. To właśnie owa różnica w wielkości jest kluczem do geometrycznej doskonałości helisy DNA. Duża puryna zawsze tworzy parę z małą pirymidyną, a to gwarantuje, że każdy „szczebel drabiny” DNA ma dokładnie taką samą szerokość. To sprawia, że cała struktura idealnie regularna, bez żadnych zwężeń, które mogłyby ją zdestabilizować. Tworzenie łańcucha Nukleotydy są jak pojedyncze litery alfabetu, które osobno nie znaczą nic. Każda komórka musi je połączyć w łańcuchy polinukleotydowe, które w tym porównaniu pełnią funkcję spójnych zdań. Wiązania fosfodiestrowe Kluczem do połączenia nukleotydów jest silne wiązanie kowalencyjne, nazywane wiązaniem 3',5'-fosfodiestrowym. Grupa fosforanowa, przyłączona do piątego atomu węgla (oznaczanego jako 5') w deoksyrybozie jednego nukleotydu, tworzy wiązanie z grupą hydroksylową (-OH) znajdującą się przy trzecim atomie węgla (3') w deoksyrybozie kolejnego nukleotydu. W następstwie wielokrotnie powtarzającego się procesu, powstaje niezwykle wytrzymały szkielet cukrowo-fosforanowy, który stanowi „poręcze” drabiny DNA. To coś w rodzaju strukturalnego kręgosłupa cząsteczki, podczas gdy zasady azotowe wystają do wewnątrz niczym szczeble. Polarność Konsekwencją takiego sposobu łączenia jest powstanie polarności, czyli kierunkowości łańcucha. Nukleotydy są dodawane w określony sposób (koniec 5' jednego do końca 3' drugiego), więc cały łańcuch ma dwa chemicznie różne końce. Na jednym krańcu pozostaje wolna grupa fosforanowa przy węglu 5'. Ten koniec nazywamy końcem 5'. Na przeciwnym krańcu znajdzie się wolna grupa hydroksylowa przy węglu 3'. To koniec 3'. To właśnie kierunkowość stanowi fundamentalną, fizyczną i chemiczną oś, wzdłuż której działa przetwarzająca informację genetyczną „maszyneria komórkowa”. Enzymy odpowiedzialne za kopiowanie DNA (polimerazy DNA) potrafią poruszać się wzdłuż nici tylko w jednym kierunku, dobudowując nowe nukleotydy wyłącznie do wolnego końca 3' rosnącego łańcucha. Mechanizm chemiczny tej reakcji, polegający na ataku grupy 3'-OH na przyłączany nukleotyd, uniemożliwia dobudowywanie w drugą stronę. Ta zasada ma fundamentalne znaczenie dla skomplikowanych procesów, takich jak replikacja DNA, i wyjaśnia, dlaczego komórka musiała wyewoluować wyrafinowane strategie, żeby mogła poradzić sobie z tym ograniczeniem. Arcydzieło natury Gdy wszystkie elementy składowe znajdą się na swoim miejscu, powstaje finalna konstrukcja. Mowa o cząsteczce DNA, nazywanej podwójną helisą, która składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych, skręconych śrubowo wokół własnej osi. Nasz autor Artur Białek Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.
Udało się odnaleźć zalążek Ziemi. Jego analiza wskazuje, że w kosmosie istnieją nieznane typy meteorów
Ziemia liczy sobie około 4,54 miliarda lat. Jednak zanim uformowała się do obecnej wielkości i kształtu, przez około 100 milionów lat była planetarnym dzieckiem. Naukowcom z Massachusetts Institute of Technology (MIT) udało się odnaleźć ślady tej pierwotnej „proto-Ziemi”, ukryte w najgłębszych i najstarszych warstwach naszej planety.
Nasza planeta uformowała się z obłoku gazu i pyłu zwanego dyskiem protoplanetarnym, który powstał po zapadnięciu się materii pozostałej po narodzinach Słońca. W analogiczny sposób uformowały się inne planety. Przez pierwsze kilkaset milionów lat Ziemia nie przypominała tego, co znamy dzisiaj. Była raczej półpłynną masą stopionej skały. Nieco jak planeta Mustafar z uniwersum „Gwiezdnych Wojen”. Narodziny planety W swoim okresie protoplanetarnym Ziemia rosła głównie w wyniku bombardowania przez duże obiekty – komety i meteoryty. Pierwotna masa Ziemi zwiększała się, a grawitacja ściągała cięższe pierwiastki, jak żelazo i nikiel, do środka, tworząc jądro. Lżejsze materiały unosiły się na powierzchnię, a wiatr słoneczny i wysoka temperatura eliminowały pozostałe gazy. Dopiero po zakończeniu okresu akrecji, czyli grawitacyjnego zbierania odłamków skalnych ze swojej trajektorii oraz po uformowaniu się jądra, można było nazwać Ziemię planetą. Właśnie temu pierwotnemu okresowi przyjrzała się dr Nicole Nie, geochemiczka z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Uczona wraz ze swoją grupą badawczą po raz pierwszy odkryła ślady tej pierwotnej „proto-Ziemi”, ukryte w najgłębszych i najstarszych warstwach naszej planety. Swoje odkrycie przyrównują do odnalezienia w wiadrze piasku pojedynczego ziarenka. – To być może pierwszy bezpośredni dowód na zachowanie materiałów pochodzących z proto-Ziemi. Widzimy fragment bardzo dawnej Ziemi – sprzed kolizji, która uformowała Księżyc. To niezwykłe, bo spodziewaliśmy się, że tak wczesny ślad zostałby dawno zatarty przez miliardy lat ewolucji geologicznej – mówi dr Nicole Nie. Odnalezione ślady mogą dostarczyć informacji o warunkach panujących na Ziemi, gdy była jeszcze młodą planetą. Odkrycie może również pomóc lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają planety podobne do naszej. Kosmiczna katastrofa Dzieciństwo naszej planety trwało – jak na skalę kosmosu – wyjątkowo krótko. Proto-Ziemia utrzymała się przez około 100 milionów lat. Później doszło do gigantycznej katastrofy. W naszą planetę uderzył obiekt wielkości Marsa, nazwany przez naukowców Theia. Zderzenie było gwałtowne i poskutkowało oderwaniem się fragmentu naszej protoplanety, wymieszaniem się składowych obu planet i utworzeniem Księżyca. Chcąc zajrzeć jak najdalej w głąb historii naszej planety, zespół dr Nie poszukiwał deficytu izotopu potasu-40. Już wcześniej badania meteorytów wykazały, że różnice w składzie izotopowym potasu mogą ujawnić pochodzenie skał – zarówno ziemskich, jak i kosmicznych. Naukowcy poddali analizie próbki skał z Grenlandii, Kanady i Hawajów, czyli z miejsc, gdzie aktywność wulkaniczna wydobywa materiał z głębokiego płaszcza Ziemi. W zebranym materiale odnaleźli m.in. sygnaturę potasu, której nigdy wcześniej nie zaobserwowano. Naukowcy przekonują, że ten chemiczny „odcisk palca” nie pojawił się w żadnej innej sytuacji do tej pory zarejestrowanej. Nie odnaleziono go ani w śladach po znanych historycznych zdarzeniach, ani też we współczesnych nam procesach geologicznych. Zdaniem badaczy najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest pozostałość z czasów, gdy Ziemia dopiero się formowała. Symulacja proto-Ziemi Aby przetestować tę hipotezę, naukowcy wykonali serię symulacji komputerowych opartych na danych z meteorytów. Wyniki modelowania wskazały, że trop był właściwy – „chemiczny odcisk palca” jest materiałem pochodzącym z proto-Ziemi. Co ciekawe, badacze z MIT odnieśli niejako podwójny sukces. Nie dość, że znaleźli ślad zalążka Ziemi, to wykazali też, że w Układzie Słonecznym muszą istnieć nieznane jeszcze nauce typu meteorów. A to otwiera zupełnie nowe kierunki badań nad genezą naszej planety i całego Układu Słonecznego. – Naukowcy od dawna próbują odtworzyć pierwotny skład chemiczny Ziemi, łącząc dane z różnych grup meteorytów. Nasze wyniki pokazują jednak, że znany obecnie katalog meteorytów nie jest kompletny – a więc wciąż mamy wiele do odkrycia na temat pochodzenia naszej planety – podsumowuje dr Nicole Nie. Źródło: Nature Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Nagroda Nobla 2025: pełna lista laureatów. Kto zwyciężył w poszczególnych kategoriach?
W czyje ręce trafiła Nagroda Nobla 2025? Tradycyjnie na początku października poznajemy nazwiska laureatów w poszczególnych kategoriach. Oto lista zwycięzców.
W tym artykule: Nagroda Nobla 2025 – przewidywania Nagroda Nobla 2025: medycyna lub fizjologia Nagroda Nobla 2025: fizyka Nagroda Nobla 2025: chemia Literacka Nagroda Nobla 2025 Pokojowa Nagroda Nobla 2025 Nagroda Nobla 2025: ekonomia Polacy z Nagrodą Nobla Nagroda Nobla jest uznawana za najbardziej prestiżowe wyróżnienie w świecie nauki i nie tylko. Zgodnie z testamentem Alfreda Nobla, fundatora nagrody, od 1901 roku wyróżnienie przyznaje się w dziedzinie fizjologii lub medycyny, fizyki, chemii i literatury. Osobnymi kategoriami są Nagroda Pokojowa i Nobel z ekonomii. W czyje ręce trafi Nagroda Nobla 2025? Poniżej prezentujemy przewidywania oraz pełną listę tegorocznych zwycięzców. Nagroda Nobla 2025 – przewidywania Co roku specjaliści próbują przewidzieć, kto dostanie Nobla. Oto tegoroczne typy firmy analitycznej Clarivate, bazujące na liczbie cytowań artykułów naukowych. Medycyna lub fizjologia Andrea Ablasser, Glen N. Barber, Zhijian ‘James’ Chen – za badania nad układem odpornościowym, John E. Dick – za badania nad białaczką, Kenji Kangawa, Masayasu Kojima – za odkrycie greliny. Fizyka Ingrid Daubechies, Stéphane Mallat, Yves Meyer – za prace nad transformacją falkową, David P. DiVincenzo, Daniel Loss – za prace w dziedzinie komputerów kwantowych, Ewine F. van Dishoeck – za prace w dziedzinie astrochemii. Chemia Clifford P. Brangwynne, Anthony A. Hyman, Michael K. Rosen – za prace nad działaniem komórek, Jean-Marie Tarascon – za prace dotyczące przechowywania energii, Tao Zhang – za prace dotyczące katalizy. Ekonomia David Autor, Lawrence F. Katz – za analizy dotyczące nierówności i postępu technologicznego, Marianne Bertrand, Sendhil Mullainathan – za analizy dotyczące wpływu kultury i psychologii na ekonomię pracy, Nicholas Bloom – za analizy dotyczące wpływu niepewności na gospodarkę. Nagroda Nobla 2025: medycyna lub fizjologia Werdykt komitetu ze szwedzkiego Instytutu Karolinska poznaliśmy w poniedziałek, 6 października. Medycznego Nobla w tym roku dostali Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell i Shimon Sakaguchi. Dokonali oni przełomowych odkryć dotyczących obwodowej tolerancji immunologicznej, która zapobiega szkodliwemu wpływowi układu odpornościowego na organizm. W ubiegłym roku medyczny Nobel przypadł w udziale Victorowi Ambrosowi i Gary’emu Ruvkunowi. Uczonych nagrodzono za odkrycie tzw. mikroRNA. Nagroda Nobla 2025: fizyka Werdykt Szwedzkiej Królewskiej Akademii Nauk poznaliśmy we wtorek, 7 października. Nobla z fizyki otrzymali w tym roku John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis. Nagrodzono ich za „za odkrycie makroskopowego tunelowania mechaniki kwantowej i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym”. Laureaci wykorzystali serię eksperymentów, aby wykazać, że osobliwe właściwości świata kwantowego można urzeczywistnić w układzie na tyle dużym, że można go trzymać w dłoni. Ich nadprzewodzący układ elektryczny mógł tunelować z jednego stanu do drugiego, tak jakby przechodził prosto przez ścianę. Wykazali również, że układ absorbował i emitował energię w dawkach o określonych rozmiarach, zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej. Rok temu Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali John J. Hopfield i Geoffrey E. Hinton. Nagrodzono ich za odkrycia, będące podstawą sztucznej inteligencji (SI). Nagroda Nobla 2025: chemia Werdykt Szwedzkiej Królewskiej Akademii Nauk poznaliśmy w środę, 8 października. Chemicznego Nobla w tym roku dostali Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi. Doceniono ich za „za opracowanie struktur metaloorganicznych”. Laureaci opracowali nowy typ architektury molekularnej. Stworzone przez nich konstrukcje – metaloorganiczne struktury szkieletowe – zawierają duże przestrzenie, w których cząsteczki mogą swobodnie przepływać. Naukowcy wykorzystali je do pozyskiwania wody z pustynnego powietrza, usuwania zanieczyszczeń z wody, wychwytywania dwutlenku węgla i magazynowania wodoru. W minionym roku nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymali David Baker, Demis Hassabis i John M. Jumper. Zajmowali się analizą i projektowaniem trójwymiarowej struktury białek. Literacka Nagroda Nobla 2025 Werdykt Akademii Szwedzkiej poznaliśmy w czwartek, 9 października. Nobla z literatury w tym roku otrzymał László Krasznahorkai. Węgierskiego pisarza i scenarzystę doceniono za „przekonujące i wizjonerskie dzieło, które w obliczu apokaliptycznego terroru potwierdza siłę sztuki”. Krasznahorkai znany jest z trudnych i wymagających powieści, często określanych mianem postmodernistycznych , które poruszają tematy dystopijne i melancholijne. Jego ważniejsze dzieła to „Szatańskie tango”, „Melancholia sprzeciwu” oraz „Wojna i wojna”. Rok temu Nobla dostała Han Kang, pisarka i poetka z Korei Południowej. Nagrodzono ją za „jej intensywną prozę poetycką, która mierzy się z historycznymi traumami i obnaża kruchość ludzkiego życia”. Pokojowa Nagroda Nobla 2025 Werdykt Norweskiego Komitetu Noblowskiego poznaliśmy w piątek, 10 października, najwcześniej o godz. 11. Pokojowa Nagroda Nobla w tym roku przypadła w udziale Maríi Corinie Machado. Doceniono ją za „jej niestrudzoną pracę na rzecz promowania praw demokratycznych dla narodu wenezuelskiego i za jej walkę o sprawiedliwe i pokojowe przejście od dyktatury do demokracji”. Pokojową Nagrodę Nobla rok temu otrzymała japońska organizacja Nihon Hidankyō. Nagrodzono ją „za wysiłki na rzecz stworzenia świata wolnego od broni jądrowej”. Nagroda Nobla 2025: ekonomia Werdykt Banku Szwedzkiego poznaliśmy w poniedziałek, 13 października. Ekonomicznego Nobla otrzymali Joel Mokyr oraz Philippe Aghion i Peter Howitt. Pierwszy z badaczy otrzymał 1/2 nagrody za „zidentyfikowanie warunków wstępnych dla zrównoważonego wzrostu poprzez postęp technologiczny”. Pozostali dwaj uczeni opracowali „teorię zrównoważonego wzrostu poprzez twórczą destrukcję”. W ubiegłym roku nagrodę otrzymali Daron Acemoglu, Simon Johnson i James A. Robinson. Nagrodzono ich za badania „nad tym, jak powstają instytucje i jak wpływają na dobrobyt”. Polacy z Nagrodą Nobla Kto w Polsce otrzymał Nagrodę Nobla? Oto pełna lista polskich noblistów: Maria Skłodowska-Curie (1903, 1911) – fizyka i chemia, Henryk Sienkiewicz (1905) – literatura, Władysław Reymont (1924) – literatura, Czesław Miłosz (1980) – literatura, Lech Wałęsa (1983) – nagroda pokojowa, Wisława Szymborska (1996) – literatura, Olga Tokarczuk (2018) – literatura. Źródła: Clarivate, Nobelprize.org
Stworzyli materiały, które mogą zmienić świat. Chemiczny Nobel za klatki na cząsteczki
Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2025 roku. Dostali ją za opracowanie nowych struktur – tzw. szkieletów metalo-organicznych.
Laureaci tegorocznego Nobla w dziedzinie chemii to Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar Yaghi. Opracowali oni nowy typ architektury molekularnej. Stworzone przez nich konstrukcje – metaloorganiczne struktury szkieletowe – zawierają duże przestrzenie, w których cząsteczki mogą swobodnie przepływać. Naukowcy wykorzystali je m.in. do pozyskiwania wody z pustynnego powietrza, usuwania zanieczyszczeń z wody, wychwytywania dwutlenku węgla i magazynowania wodoru. Za co przyznano Nagrodę Nobla z chemii? Struktury metaloorganiczne, w skrócie zwane MOF, to złożone materiały chemiczne budową przypominające mikroskopijną gąbkę. Mogą one pochłaniać cząsteczki o ściśle określonych wymiarach. Materiały te łączą dwie pozornie przeciwstawne cechy – porowatość i krystaliczność. W MOF-ach jony metali pełnią funkcję kamieni węgielnych, połączonych długimi cząsteczkami organicznymi. Jony i cząsteczki metali organizują się, tworząc kryształy zawierające duże wnęki. Chemicy mogą je projektować w celu wychwytywania i magazynowania określonych substancji. MOF-y mogą również wywoływać reakcje chemiczne lub przewodzić prąd elektryczny. W 1989 roku Richard Robson stworzył struktury przypominające MOF-y – uporządkowane, przestronne kryształy. Były one jednak niestabilne. Z pomocą przyszli Susumu Kitagawa i Omar Yaghi. W latach 1992–2003 dokonali niezależnie szeregu odkryć, które pozwoliły chemikom projektować i wytwarzać stabilne MOF-y. Od tamtej pory opracowano dziesiątki tysięcy takich chemicznych „klatek”. Prof. Yaghi odkrył np., że można wyprodukować taki MOF, który skutecznie „wysysa” parę wodną z powietrza. Potem wystarczy całość podgrzać, by uzyskać skroploną wodę. Taka technologia zużywa znacznie mniej energii niż stosowane dotychczas systemy skraplania. Uczony założył firmę, by skomercjalizować technologię. – Wychowałem się w Palestynie, gdzie woda była na wagę złota. Moim celem jest powszechne udostępnienie technologii, dzięki której stanie się ona dostępna nawet na terenach od dawna bezwodnych – mówi prof. Yaghi. Co wiemy o laureatach chemicznego Nobla? Susumu Kitagawa Urodzony w 1951 roku Susumu Kitagawa jest chemikiem specjalizującym się w chemii związków hybrydowych organiczno-nieorganicznych. Jest absolwentem Uniwersytetu w Kioto, a od 2007 roku również pracownikiem tej uczelni. Kieruje własną jednostką – Instytutem Nauk o Zintegrowanych Materiałach Komórkowych. Wcześniej piastował stanowisko profesora chemii nieorganicznej na Uniwersytecie Metropolitalnym w Tokio. Noblista ma na swoim koncie ponad 600 artykułów naukowych w międzynarodowych czasopismach. Susumu Kitagawa jest drugim tegorocznym noblistą związanym z Uniwersytetem w Kioto. Absolwentem tej szanowanej uczelni jest również Shimon Sakaguchi, wyróżniony w poniedziałek Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny lub fizjologii. Richard Robson Drugim z trzech wyróżnionych naukowców jest Richard Robson. Ten urodzony w 1937 roku w Wielkiej Brytanii profesor chemii Uniwersytetu w Melbourne nazywany jest pionierem inżynierii kryształów z udziałem metali przejściowych. Ma na swoim koncie ponad 200 artykułów naukowych. Robson jest absolwentem Uniwersytetu Oksfordzkiego, gdzie uzyskał tytuł doktorski. Następnie prowadził badania w California Institute of Technology (Caltech) oraz na Uniwersytecie Stanforda. Od 1966 roku do dziś związany jest jednak z Uniwersytetem w Melbourne. Odkrycia zapewniły mu m.in. prestiżową Nagrodę Burrowsa, przyznawaną przez Sekcję Chemii Nieorganicznej Królewskiego Australijskiego Instytutu Chemicznego, a także członkostwo w Australijskiej Akademii Nauk oraz Towarzystwie Królewskim w Londynie. Omar M. Yaghi Trzecim z wyróżnionych jest jordańsko-amerykański chemik, profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Omar M. Yaghi. Według analiz Thomson Reuters, w latach 2000–2010 był drugim najczęściej cytowanym chemikiem na świecie. Omar M. Yaghi jest naukowcem w Lawrence Berkeley National Laboratory, a także założycielem Berkeley Global Science Institute. Rok 2025 jest dla niego wyjątkowo pomyślny – najpierw został wybrany prezydentem Światowej Rady Kultury, a dzisiaj otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Materiały opracowane przez Yaghiego znajdują zastosowanie w technologiach czystej energii – m.in. w magazynowaniu wodoru i metanu, wychwytywaniu dwutlenku węgla oraz pozyskiwaniu wody z powietrza w warunkach pustynnych. W 2020 roku założył startup Atoco, zajmujący się komercjalizacją technologii MOF i COF w dziedzinie wychwytywania CO₂ i pozyskiwania wody z powietrza. W 2021 roku współzałożył firmę H2MOF, rozwijającą rozwiązania w zakresie magazynowania wodoru z wykorzystaniem chemii retikularnej. Dodajmy, że noblista urodził się w Jordanii w rodzinie palestyńskich uchodźców. W wieku 15 lat trafił do USA. W odróżnieniu od pozostałych dzisiejszych laureatów, nie jest absolwentem prestiżowej uczelni. Studiował w Hudson Valley Community College i na Uniwersytecie Stanowym Nowego Jorku w Albany. Dopiero po uzyskaniu doktoratu trafił na Uniwersytet Harvarda. Kto był typowany do Nagrody Nobla? Co roku specjaliści próbują przewidzieć, kto dostanie Nobla. Tegoroczne typy firmy analitycznej Clarivate w dziedzinie chemii to: Clifford P. Brangwynne, Anthony A. Hyman, Michael K. Rosen – za prace nad działaniem komórek, Jean-Marie Tarascon – za prace dotyczące przechowywania energii, Tao Zhang – za prace dotyczące katalizy. Tegoroczny noblista Omar M. Yaghi był typowany do nagrody w 2021 r. przez serwis Chemistry Views. Źródło: Nobelprize.org Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Na Enceladusie, księżycu Saturna, odnaleziono złożone związki organiczne. Czy cegiełki kosmicznego życia są wszędzie?
Równo 26 lat po dotarciu sondy Cassini-Huygens w okolice Saturna i osiem lat po zakończeniu tej przełomowej misji, dane zebrane przez sondę wciąż zaskakują. Dzisiaj opublikowano informację, z której wynika, że na księżycu Saturna Enceladusie odnaleziono złożone cząstki organiczne. Czy oznacza to, że w oceanach Enceladusa może tlić się życie?
Spis treści: Gejzery Enceladusa Polowanie na świeży lód Cegiełki życia Lądowanie na Enceladusie Wiele misji kosmicznych ma jeden wspólny cel, którym jest poszukiwanie życia w kosmosie. Lata badań pokazały nam, jak często bazowaliśmy jedynie na naszych wyobrażeniach lub skąpych danych. Było tak na przykład z istnieniem wody w kosmosie. Jeszcze do połowy ubiegłego wieku panowało dość powszechne przekonanie, że woda jest czymś wyjątkowym i można ją znaleźć w naszym układzie planetarnym jedynie na Ziemi. Era sond kosmicznych udowodniła, że wody w kosmosie jest naprawdę dużo. Jest na planetach, księżycach, planetoidach. Jest również, co wykazała sonda Cassini-Huygens w 2005 roku, na księżycu Saturna – Enceladusie. Od tej chwili rozpoczęły się astrobiologiczne debaty dotyczące tego, czy woda ta pozwoliła na utworzenie się złożonych cząsteczek organicznych określanych jako cegiełki życia. Co więcej, część uczonych uważała, że związki te mogą być wystrzeliwane w kosmos przez aktywne gejzery tego księżyca. Pióropusze największych wznoszą się nawet 400 kilometrów od Enceladusa, czyli na wysokość, po jakiej porusza się nad Ziemią Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Gejzery Enceladusa Teraz, dzięki nowej analizie danych zebranych przez misję Cassini wiemy więcej o tym, co znajduje się w pióropuszach gejzerów Enceladusa i na samym księżycu. Dzisiaj na łamach prestiżowego czasopisma „Nature” ukazał się artykuł opisujący kwestię złożonej chemii organicznej na tym odległym księżycu. Jak już wspomnieliśmy, w 2005 roku Cassini po raz pierwszy wykryła dowody na istnienie oceanu ukrytego pod lodową skorupą Enceladusa. Z pęknięć w pobliżu południowego bieguna księżyca wyrzucane są strumienie wody, które unoszą w przestrzeń kosmiczną drobiny lodu. Część z nich opada z powrotem na powierzchnię księżyca, a część jest przyciągana przez grawitację Saturna. Tworzą pierścień wokół Saturna, odpowiadający orbicie Enceladusa. – Cassini przez cały okres przelotów przez pierścień E Saturna rejestrowała próbki z Enceladusa. Znaleźliśmy już wiele cząsteczek organicznych w tych ziarnach lodu, w tym prekursory aminokwasów – mówi główny autor badań, Nozair Khawaja. Polowanie na świeży lód Ponieważ znajdujące się w pierścieniu E drobiny lodu z Enceladusa mogą mieć setki, a nawet tysiące lat, nie oddają w pełni charakterystyki tego, co znajduje się na księżycu. Bez wątpienia zostały zmodyfikowane przez działanie promieniowania kosmicznego. Dlatego naukowcom zależało na zbadaniu świeżych cząstek, dopiero wyrzuconych z podskórnego oceanu. Z zaskoczeniem odkryli, że mają dane na ich temat. W 2008 roku Cassini przeleciała bezpośrednio przez strumień lodowych cząstek dopiero wyrzuconych z Enceladusa. Nieskazitelnie świeże drobiny uderzyły w instrument Cosmic Dust Analyzer (CDA) z prędkością ok. 18 km/s. Jest to dwukrotnie więcej niż wynosi prędkość orbitalna wokół Ziemi. Były to najświeższe i najszybsze ziarna lodu, jakie kiedykolwiek zarejestrowała sonda. Właśnie prędkość, z jaką zostały wystrzelone, okazała się wyjątkowo ważna. – Ziarna lodu zawierają nie tylko zamarzniętą wodę, lecz także inne cząsteczki, w tym organiczne. Przy niższych prędkościach uderzenia lód rozpada się tak, że sygnał od klastrów cząsteczek wody zasłania sygnały od cząsteczek organicznych. Przy większej prędkości woda nie tworzy klastrów i możemy dostrzec te wcześniej ukryte sygnały – wyjaśnia Nozair Khawaja. Cegiełki życia Jakie są wyniki nowej analizy? Po pierwsze, potwierdzono, że cząsteczki organiczne wcześniej znajdowane w pierścieniu E Saturna występują również w świeżych ziarnach lodu. To potwierdza ich powstawanie w oceanie Enceladusa. Poza tym odnaleziono też zupełnie nowe cząsteczki, nigdy wcześniej niezaobserwowane w otoczeniu Enceladusa. Należą do nich fragmenty alifatyczne, estry/alkeny, etery/etyl oraz związki zawierające azot i tlen. Na Ziemi tego typu związki biorą udział w reakcjach chemicznych prowadzących do powstania jeszcze bardziej złożonych cząsteczek, niezbędnych do życia. – Istnieje wiele możliwych dróg, które od tych wykrytych cząsteczek organicznych prowadzą do biologicznie istotnych związków. To zwiększa prawdopodobieństwo, że Enceladus może być środowiskiem nadającym się do zamieszkania – podkreśla Nozair. Lądowanie na Enceladusie Odkrycie jest również kolejnym sukcesem tej przełomowej misji i udowadnia, że coraz częściej prowadzone reinterpretacje danych z sond, które dawno zakończyły pracę, są naprawdę zasadne. Nowe możliwości techniczne, więcej danych porównawczych – to wszystko sprawia, że odrzucane niegdyś fragmenty danych rzucają nowe światło na procesy zachodzące w odległym kosmosie. – Wspaniale jest obserwować nowe odkrycia, które pojawiają się z danych Cassini prawie dwie dekady po ich zebraniu. To pokazuje długofalową wartość naszych misji. Z niecierpliwością czekam na możliwość porównania tych wyników z danymi z misji ESA JUICE lecącej do lodowych księżyców Jowisza – mówi Nicolas Altobelli, naukowiec projektu Cassini w Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dodajmy, że ESA pracuje nad planem nowej misji do układu Saturna. Tym razem naukowcy i inżynierowie chcą wylądować w rejonie południowego bieguna Enceladusa i pobrać tam próbki. Liczymy na to, że nowa misja będzie równie przełomowa, co Cassini-Huygens. Źródło: ESA Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Dziura ozonowa może wywołać katastrofę na globalną skalę. Czy nadal powinniśmy się obawiać?
Dziura ozonowa była szeroko nagłaśnianym tematem w latach 90. XX wieku, podobnie jak zagrożenie związane z tym zjawiskiem. Obecnie nikt w zasadzie nie wspomina o spadku stężenia ozonu w stratosferze. Czy to oznacza, że warstwa ozonowa odbudowuje się? Poniżej odpowiadamy na to pytanie.
Spis treści: Jak powstaje warstwa ozonowa? Ozon zanika? Tak i nie ma w tym nic dziwnego Naukowcy zaczęli bić na alarm Czy dziura ozonowa nadal istnieje? Świat zmagał się i wciąż zmaga z wieloma problemami ekologicznymi. Przez długi czas kluczowym zagrożeniem, nad którym pochylał się cały świat, był zanik warstwy ozonowej. Nic dziwnego. Postępująca degradacja naturalnej tarczy, chroniącej ziemskie organizmy przed promieniowaniem UV, byłaby katastrofą na globalną skalę, mającą dalekosiężne i niszczycielskie skutki dla życia na naszej planecie. Czy nadal powinniśmy się obawiać dziury ozonowej? Jak powstaje warstwa ozonowa? Około 2 miliardy lat temu na Ziemi pojawiły się i zaczęły rozwijać pierwsze organizmy, wykazujące zdolności do fotosyntezy. Atmosfera ziemska zaczęła wówczas zmieniać swój skład. Pojawił się w niej tlen, a wraz z nim – ozon. Ozon to nic innego, jak alotropowa odmiana tlenu, składająca się z trójatomowych cząsteczek. Największe stężenie tego gazu znajduje się na wysokości około 30 km nad Ziemią, czyli w stratosferze. Należy jednak podkreślić, że określenie „największa” wcale nie oznacza, że jest go tam zaskakująco dużo. Warstwa czystego ozonu miałaby grubość zaledwie kilku milimetrów. Niewiele, prawda? Tak, ale to wystarczy, by mogła skutecznie chronić życie na naszej planecie. Gaz ten powstaje w procesie dysocjacji tlenu cząsteczkowego. Promieniowanie ultrafioletowe o wysokiej energii uderza w obecne w stratosferze cząsteczki tlenu atmosferycznego (dwuatomowego). Energia promieniowania UV doprowadza do rozerwania wiązań w cząsteczkach, dzieląc je na wolne atomy tlenu. Te wykazują dużą reaktywność i szybko łączą się z innymi, nierozerwanymi cząsteczkami O2. W wyniku tej reakcji powstaje ozon. Jaką rolę spełnia ozon? Najwcześniejsze formy życie nie bez powodu wykształciły się w oceanie. Gdy w atmosferze nie było jeszcze ozonu, tylko woda zapewniała ochronę przed emitowanym przez Słońce zabójczym promieniowaniem. Dopiero gdy organizmy wodne zaczęły wytwarzać tlen, który pod wpływem działania promieni słonecznych zaczął zamieniać się w ozon, życie mogło wreszcie wyjść na ląd. Proces ten trwał kilkaset milionów lat. Energia słoneczna jest emitowana w szerokim spektrum fal elektromagnetycznych, z czego większość stanowi zabójcze dla nas promieniowanie UV. Wywołuje ono oparzenia, a niektóre jego rodzaje doprowadzają do wystąpienia mutacji genetycznych, będących rezultatem uszkodzenia DNA. Gdyby warstwa ozonowa nagle zanikła, życie na Ziemi zaczęłoby stopniowo zanikać, aż nasza planeta stałaby się jałową ziemią. Mówimy tu zatem o czymś w rodzaju naturalnej tarczy, chroniącej wszystkie żyjące na ziemi organizmy. Ozon zanika? Tak i nie ma w tym nic dziwnego Zanik ozonu nie jest niczym niezwykłym. Wiele czynników inicjujących ten proces ma bowiem pochodzenie naturalne. Gaz ten zanika w reakcji z atomami chloru, bromu, wodoru czy azotu. Należy jednak podkreślić, że w normalnych warunkach objętość ozonu w atmosferze jest wartością zbliżoną do stałej. Wynika to z faktu, że wytworzyła się względna równowaga pomiędzy procesami tworzenia i rozpadu. Problemem jest nasz gatunek Gdzie zatem tkwi problem? Jak nietrudno się domyślić, chodzi o działalność człowieka. Wypuszczane do atmosfery gazy cieplarniane zachwiały stan naturalnej równowagi, przeważając szalę na stronę procesu degradacji. Najgorsze skutki przyniosło wypuszczanie do atmosfery freonów, czyli chloro- i fluoropochodnych węglowodorów alifatycznych. Substancje te były masowo stosowane jako ciecze chłodnicze w chłodziarkach, w procesie produkcji spienionych polimerów i w charakterze gazów nośnych, między innymi w aerozolowych kosmetykach. W kontakcie z promieniami UV, freony rozpadają się na węgiel, fluor i chlor. Jak już wspomnieliśmy, ten ostatni powoduje rozpad trójatomowych cząsteczek tlenu. Naukowcy zaczęli bić na alarm Naukowcy powiązali rosnące stężenie freonów w atmosferze z zanikającą warstwą ozonową dopiero w 1974 roku. 28 czerwca w „Nature” ukazał się artykuł autorstwa Mario Moliny i Franka Sherwooda Rowlanda, opisujący problem. 11 lat później naukowcy z British Antarctic Survey opublikowali wyniki swoich obserwacji, które wskazywały na drastyczny spadek koncentracji ozonu nad Antarktydą, szczególnie wiosną. Dalsze obserwacje dowiodły, że w 1987 roku stężenie ozonu zmniejszyło się o połowę względem stanu zaobserwowanego na początku prowadzenia pomiarów, które rozpoczęły się kilkadziesiąt lat wcześniej. Jak zareagował świat? W obliczu coraz liczniejszych dowodów naukowych, konieczne stało się podjęcie konkretnych działań. Chodziło przecież o zapobieżenie globalnej katastrofie. 16 września 1987 roku, w Montrealu podpisane zostało międzynarodowe porozumienie, wymuszające ograniczenie produkcji substancji zubożających warstwę ozonową, nazywane Protokołem montrealskim. Konwencja została uniwersalnie ratyfikowana. Protokół montrealski podpisały wszystkie państwa członkowskie Organizacji Narodów Zjednoczonych. Co się zmieniło? W 1987 roku produkcja sięgnęła 1,3 mln ton substancji zubożających substancję ozonową. Po 10 latach produkcja zmniejszyła się o milion ton. W 2009 roku produkcja wyniosła mniej niż 100 tys. ton. Obecnie takie substancje są już niemal nieprodukowane. Czy dziura ozonowa nadal istnieje? To doprowadza nas do kluczowego pytania – czy pod wpływem tych zmian warstwa ozonu uległa dobudowie? Tak, ale tylko częściowej. Dziura ozonowa istnieje nadal, ale jest bardzo prawdopodobne, że zniknie w niedalekiej przyszłości. Od około 2005 roku naukowcy obserwują powolny wzrost koncentracji ozonu. Powierzchnia dziury ozonowej zmniejsza się, jednak należy podkreślić, że proces ten postępuje powoli. Jeżeli utrzymane zostanie obecne tempo, całkowita odbudowa warstwy ozonowej powinna zająć około 40 lat. Trzeba jednak wspomnieć, że to założenie okaże się poprawne tylko pod warunkiem, że świat nie powróci do produkcji freonów. Nasz autor Artur Białek Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.
Naukowcy z MIT dowodzą: nie potrzebujemy wody, by istniała chemia organiczna
Naukowcy z MIT odkryli, że życie może istnieć także tam, gdzie brakuje wody. Dzięki obecności tzw. cieczy jonowych skaliste egzoplanety mogą stwarzać warunki sprzyjające chemii organicznej, poszerzając naszą definicję strefy nadającej się do życia.
Spis treści: Nowa klasa planet, w których życie może istnieć bez wody Czym właściwie są ciecze jonowe? Wenusjański eksperyment, który doprowadził do przełomu Jak ciecze jonowe mogą powstawać naturalnie na planetach skalistych Ciecze jonowe – klucz do życia poza Ziemią? Pojawienie się teleskopów zdolnych do charakteryzowania atmosfer egzoplanet, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba czy powstające właśnie europejskie obserwatorium kosmiczne Ariel, pozwala znacznie szerzej spojrzeć na procesy chemiczne związane z powstawaniem życia. Wiele z analizowanych planet uznaje się za niegościnne, ponieważ według powszechnie przyjmowanej definicji, aby mogło zaistnieć życie, niezbędna jest woda w stanie ciekłym. Nowa klasa planet, w których życie może istnieć bez wody – Wiemy już, że chemia organiczna jest powszechna w kosmosie, choć jeszcze niedawno uważano ją za coś absolutnie wyjątkowego i charakterystycznego wyłącznie dla naszej planety. Być może nadszedł czas, aby obalić kolejne przekonanie – że jedynym rozpuszczalnikiem dla chemii organicznej jest woda. Analizy naszej grupy wskazują, że potencjalnych rozpuszczalników może być znacznie więcej – mówi dr Janusz Pętkowski z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej. Dr Pętkowski, wspólnie z m.in. prof. Sarą Seager oraz dr inż. Rachaną Agrawal, jest autorem opublikowanego właśnie na łamach prestiżowego PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)artykułu, w którym badacze proponują nową klasę planet zdolnych do podtrzymywania życia. Wiele obserwowanych planet skalistych uznaje się za niesprzyjające życiu, ponieważ w wyniku utraty atmosfery woda z ich powierzchni wyparowała. Mogła przetrwać jedynie w nielicznych miejscach, zwykle głęboko pod powierzchnią i najczęściej w formie lodu. Jednak zdaniem naukowców z MIT, nawet takie planety mogą podtrzymywać życie dzięki cieczom jonowym – ciekłym solom o bardzo niskiej prężności pary, które mogą utrzymywać się na globach o cienkich atmosferach, tam, gdzie woda w stanie ciekłym nie miałaby szans przetrwać. Czym właściwie są ciecze jonowe? – W najprostszy możliwy sposób możemy powiedzieć, że ciecz jonowa to ciekła sól. Nie chodzi tu jednak o sole używane na co dzień w kuchni, takie jak sól kuchenna, która topnieje dopiero w temperaturze 801°C. Powyżej tej temperatury sól kuchenna staje się cieczą – wyjaśnia dr Janusz Pętkowski i dodaje, że płynna sól kuchenna nie byłaby dobrym rozpuszczalnikiem dla biochemii, ponieważ w tak wysokiej temperaturze żadna skomplikowana chemia organiczna nie mogłaby zaistnieć. Dlatego badacze skupili się na cieczach jonowych, które pozostają w stanie ciekłym w temperaturach poniżej około 100°C i wyróżniają się wyjątkowo niskim ciśnieniem pary. Oznacza to, że nawet przy bardzo niskim ciśnieniu i wysokiej temperaturze nie odparowują — w przeciwieństwie do wody. Jak podkreśla dr Pętkowski, ciecze jonowe są szeroko stosowane w przemyśle, np. przy produkcji baterii, w farmakologii czy w innych dziedzinach jako środowisko do syntezy związków chemicznych. – Jednak przed nami nikt nie zaproponował, że tego typu ciecze mogą powstawać naturalnie w warunkach planetarnych – zaznacza badacz. Wenusjański eksperyment, który doprowadził do przełomu Wszystko zaczęło się od testów prowadzonych przez Rachanę Agrawal nad specjalnym urządzeniem – ewaporatorem, które mogłoby polecieć na Wenus w ramach jednej z misji kosmicznych Morning Star. Takie urządzenie miałoby na miejscu pobierać próbki wenusjańskich chmur i odparowywać z nich kwas siarkowy, aby umożliwić zbadanie pozostałych w próbce związków organicznych. Po serii testów dr Agrawal zauważyła, że niezależnie od czasu odparowywania próbki, zawsze pozostaje w niej niewielka ilość cieczy – a konkretnie cieczy jonowej. – Było to niezwykle interesujące i skłoniło nas do dalszych analiz. Przeprowadziliśmy szereg eksperymentów laboratoryjnych, które wykazały, że ciecze jonowe mogą potencjalnie powstawać z materiałów planetarnych – mówi dr Janusz Pętkowski. Badacze użyli różnych prostych organicznych związków azotu, takich jak aminokwas glicyna jako źródło kationów, oraz kwasu siarkowego jako źródła anionów (HSO₄⁻). Glicyna może występować w warunkach planetarnych, a kwas siarkowy – pochodzenia wulkanicznego – jest znany z obecności w atmosferze Wenus i może istnieć w stanie ciekłym także na egzoplanetach. – Jako źródło kationów organicznych zastosowaliśmy szereg cząsteczek zawierających azot, m.in. aminy, aminokwasy i inne proste, stabilne związki chemiczne, które łatwo powstają w procesach chemii prebiotycznej i są powszechne w meteorytach oraz na powierzchniach bogatych w węgiel ciał Układu Słonecznego – wylicza badacz. Jak ciecze jonowe mogą powstawać naturalnie na planetach skalistych Podczas odparowywania nadmiaru kwasu siarkowego z mieszaniny związków organicznych pod niskim ciśnieniemnaukowcy zaobserwowali spontaniczne powstawanie jednorodnej cieczy – właśnie cieczy jonowej. Proces ten polegał na protonowaniu zasady organicznej przez kwas siarkowy i utworzeniu stabilnej ciekłej soli o bardzo niskiej prężności pary. Aby zasymulować warunki panujące na planetach skalistych, zespół z MIT przeprowadził reakcję w różnych środowiskach, m.in. na powierzchni bazaltu – typowej skały wulkanicznej występującej na tego typu globach. Po naniesieniu kropli kwasu siarkowego na bazalt, a następnie dodaniu związku organicznego, ciecz jonowa wypełniła pory skały, tworząc mikroskopijne „kałuże”. Pokazuje to, że taki proces mógłby zachodzić in situ, bezpośrednio na powierzchni planety. – Uznajemy wodę za niezbędną dla życia, ponieważ tego wymaga ziemskie życie. Ale jeśli spojrzymy na szerszą definicję, okaże się, że potrzebujemy cieczy, w której może zachodzić metabolizm. Jeśli do tej definicji włączymy także ciecze jonowe, strefa nadająca się do życia może się dramatycznie poszerzyć dla wielu nowych skalistych światów – przekonuje Rachana Agrawal. Ciecze jonowe – klucz do życia poza Ziemią? – Dlaczego nasze odkrycie jest tak istotne? Ponieważ ciecze jonowe praktycznie nigdy nie wyparują. Są tak nielotne, że nie odparują nawet przy bardzo niskim ciśnieniu. Wystarczą mikrokropelki cieczy jonowych w porach skał – nie jest potrzebna ogromna, planetarna ilość cieczy, jak dotąd sądziliśmy. Oznacza to, że mogą pełnić rolę rozpuszczalnika dla chemii organicznej w warunkach, w których woda nie przetrwa. Co więcej, wiele cieczy jonowych jest bezpiecznych dla ziemskiej biochemii – na przykład niektóre białka zachowują rozpuszczalność i aktywność katalityczną w czystych roztworach cieczy jonowych. – To odkrycie ogromnie poszerza możliwości pojawienia się życia w kosmosie – podsumowuje dr Janusz Pętkowski. Źródło: PNAS Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Fuzja jądrowa źródłem złota? Nowa metoda z USA to naukowa alchemia
Firma z Kalifornii opracowała nowatorski sposób syntezy złota za pomocą fuzji jądrowej. Choć brzmi to jak science fiction, projekt ma naukowe podstawy i jeden kluczowy składnik: izotop rtęci.
Spis treści Złoto w Wielkim Zderzaczu Hadronów Nowe podejście: naukowa alchemia podczas fuzji jądrowej Technologiczne przeszkody do pokonania Amerykański startup Marathon Fusion z Kalifornii twierdzi, że opracował metodę produkcji złota przy użyciu technologii fuzji jądrowej. Pomysł przypomina marzenie dawnych alchemików o przemienianiu pospolitych metali w złoto, ale tym razem opiera się na podstawach naukowych: fizyce jądrowej. Złoto w Wielkim Zderzaczu Hadronów Choć zamiana jednego pierwiastka w drugi jest możliwa, dotąd wykorzystywano do tego kosztowne i mało efektywne metody w akceleratorach cząstek, np. w CERN. Niedawny eksperyment ALICE w CERN udowodnił że możliwa jest synteza złota, ale szacunkowo, w ciągu czterech lat wyprodukowano go zaledwie 29 pikogramów. To niewyobrażalnie mało – przy tej skali produkcja jednej uncji trwałaby wielokrotnie dłużej niż istnieje Wszechświat. Nowe podejście: naukowa alchemia podczas fuzji jądrowej Marathon Fusion proponuje inne, nowatorskie podejście: wykorzystanie neutronów generowanych w reaktorze fuzyjnym do przekształcenia izotopu rtęci-198 w rtęć-197. Taka rtęć następnie spontanicznie rozpada się do stabilnego izotopu złota – to złoto-197. Kluczowe jest zastosowanie neutronów o wysokiej energii (powyżej 6 MeV), które mogą wywołać taką reakcję. Do uzyskania strumienia takich neutronów firma zamierza wykorzystać standardowe paliwo dla fuzji: deuter i tryt, czyli izotopy wodoru. Startup szacuje, że reaktor fuzyjny o mocy 1 GW mógłby w ciągu roku wytworzyć kilka ton złota. Do opracowania tych prognoz firma używa „cyfrowego bliźniaka” takiego reaktora, czyli komputerowego modelu. Problem w tym, że póki co żaden komercyjny reaktor fuzyjny jeszcze nie istnieje, więc symulacje te są na razie niemożliwe do zweryfikowania. Technologiczne przeszkody do pokonania Jak na razie nie skonstruowano żadnego reaktora zdolnego do stabilnego podtrzymania reakcji fuzji jądrowej. Na drodze do realizacji tej technologii stoi wiele przeszkód. To m.in. opracowanie nowych materiałów odpornych na ekstremalne warunki wewnątrz reaktora, rozwój zaawansowanych systemów sterowania reakcją oraz sztucznej inteligencji do podtrzymywania stabilnej fuzji. Nawet najbardziej zaawansowane projekty generują obecnie jedynie niewielkie ilości energii przez krótki czas. Fuzja termojądrowa jako źródło czystej, niewyczerpanej energii pozostaje na razie marzeniem naukowców. Jednak nadzieje są duże i wciąż podsycane. Naukowcy z Wielkiej Brytanii opracowali nową koncepcję zmniejszenia rozmiaru reaktorów fuzyjnych dzięki zmianie sposobu kontrolowania gorącej plazmy. Prototyp takiego reaktora, o nazwie STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), ma powstać do 2040 roku. Warto zaznaczyć, że każde złoto wytworzone w reaktorze fuzyjnym początkowo byłoby radioaktywne, co oznacza że musiałoby upłynąć jeszcze dużo czasu zanim stanie się bezpieczne. To dodatkowe wyzwanie technologiczne i logistyczne. Podsumowując, teoria produkcji złota przy użyciu fuzji jądrowej jest zgodna z prawami fizyki i możliwa do zrealizowania – na razie jednak tylko na papierze. Źródło: The Conversation Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
Naukowcom udało się uzyskać wodę i tlen z księżycowego regolitu. Użyli tylko światła słonecznego
Zespół naukowców z Chin odkrył metodę pozwalającą wydobyć z księżycowych skał i pyłu niezbędną do życia wodę oraz tlen. W dodatku pokazali, jak dokonać tego w tylko jednym kroku. Czy ta sama metoda zadziała poza laboratorium oraz czy będzie opłacalna dla przyszłych lunonautów?
Spis treści: 23 tys. dolarów za litr wody Jak zrobić księżycowy metan? Próbki księżycowe pobrane przez Chang’e 5 Możliwość szybkiego i taniego pozyskiwania wody oraz tlenu jest jedną z głównych zagwozdek programu Artemis. Ze względu na odległość od Ziemi oraz koszty wynoszenia ładunków, baza księżycowa musi być możliwie niezależna od dostaw z naszej planety. A najbardziej kluczowe są tlen oraz woda. Właśnie dlatego odkrycie chińskich badaczy może być absolutnie przełomowe dla obecności człowieka na Księżycu. 23 tys. dolarów za litr wody – Największym zaskoczeniem dla nas był namacalny sukces tego zintegrowanego podejścia. Jednoetapowa integracja ekstrakcji wody księżycowej i fototermicznej katalizy dwutlenku węgla może zwiększyć efektywność wykorzystania energii oraz zmniejszyć koszty i złożoność rozwoju infrastruktury – napisał w oświadczeniu członek zespołu Lu Wang, chemik z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu. Analizy wykazały, że transport jednego litra wody z Ziemi na Księżyc kosztowałby około 23 tys. dolarów, a każdy lunonauta potrzebowałby dziennie przynajmniej 4 litrów wody. Na całe szczęście zarówno badania prowadzone na powierzchni Księżyca, jak i te z orbity wykazały, że na Księżycu jest dużo wody, chociaż nie jest to od razu widoczne. Woda, która trafiła na Księżyc w wyniku uderzeń komet, planetoid i mikrometeorytów, a nawet wiatru słonecznego, kryje się w stale zacienionych kraterach na biegunach księżycowych, uwięziona w minerałach takich jak ilmenit. Samo wydobycie wody pitnej jest stosunkowo łatwe i istnieje wiele technologii opisujących, jak można to zrobić. Jedną z opisywanych wcześniej metod jest również ogrzewanie księżycowego regolitu poprzez skupienie na nim promieni słonecznych. Jednak chiński zespół był w stanie pójść o krok dalej. Jak zrobić księżycowy metan? – Chińska metoda zakłada wykorzystanie gleby księżycowej jako katalizatora do rozkładu cząsteczek dwutlenku węgla i połączenia ich z wydobywaną wodą w celu wytworzenia metanu – powiedział Philip Metzger, fizyk planetarny z University of Central Florida, w rozmowie z serwisem Space.com. Metzger nie był zaangażowany w nowe badania, ale jest współzałożycielem „Swamp Works” w Centrum Kosmicznym im. Kennedy’ego NASA – laboratorium badawczego zajmującego się projektowaniem technologii do budowy, produkcji i wydobycia na powierzchniach skalistych ciał niebieskich. Jest to o tyle istotna zmiana, że metan jest znacznie lepszym potencjalnym paliwem rakietowym niż ciekły wodór. Zdecydowanie łatwiej jest utrzymać jego stabilność, przez co nie wymaga wielu maszyn, a tym samym zmniejszają się koszty. Ciekły metan, po zmieszaniu z tlenem jako utleniaczem, jest wydajnym paliwem rakietowym. Wiele firm komercyjnych, takich jak chińska Landspace, już wystrzeliwuje rakiety napędzane metanem. Próbki księżycowe pobrane przez Chang’e 5 Ilmenit zawierający wodę jest również użytecznym katalizatorem reakcji wody z dwutlenkiem węgla w celu wytworzenia tlenu i metanu. Zaproponowany przez chińskich badaczy jednoetapowy proces zakłada podgrzanie regolitu do temperatury 200 stopni Celsjusza poprzez skupieni na nim promieni słonecznych. To uwalania zawartą w nim wodę. Następnie do mieszaniny dodaje się dwutlenek węgla, taki jak ten, który może być wydychany przez astronautów, co powoduje, że ilmenit katalizuje reakcję między wydobywaną wodą a dwutlenkiem węgla. Naukowcy przetestowali ten proces, znany jako kataliza fototermiczna, w laboratorium, używając symulanta opartego na próbkach regolitu księżycowego przywiezionych na Ziemię przez chińską misję Chang'e 5. Nie można było użyć samych próbek, gdyż są one zbyt cenne. Wyniki badań opublikowano 16 lipca w czasopiśmie „Joule”. Chociaż poprzednie technologie również były w stanie to osiągnąć, wymagały one więcej etapów i więcej maszyn oraz wykorzystywały katalizator, który musiałby być transportowany z Ziemi. Zespół badawczy uważa, że dzięki temu ich proces jest bardziej wydajny i tańszy niż alternatywne rozwiązania. Problemem jest jednak dwutlenek węgla. Nie ma pewności, czy lunonauci byliby w stanie wytworzyć wystarczającą ilość dwutlenku węgla poprzez normalny proces oddychania. Alternatywnie dwutlenek węgla mógłby być transportowany z Ziemi, ale to raczej podważa sens proponowanej techniki, której celem było opracowanie niedrogiego sposobu pozyskiwania wody, tlenu i metanu przy użyciu zasobów w dużej mierze już dostępnych na Księżycu. Niezależnie od tego, zespół badawczy przekonująco wykazał, że wykorzystanie regolitu księżycowego jako katalizatora do produkcji paliwa i wody jest skuteczne. Kolejnym krokiem jest wykazanie, że technologia ta może zostać skalowana w celu bardziej efektywnego utrzymania bazy na Księżycu niż inne techniki. Oraz że może ona działać w warunkach księżycowych, gdzie grawitacja jest słabsza, temperatura ulega dużym wahaniom, a promieniowanie kosmiczne jest intensywne. Źródło: Space.com Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Sekret Egipcjan odtworzony 5 tysięcy lat później. Ma zastosowanie w kryminologii
Egipski błękit lśnił na ścianach świątyń, sarkofagach i rzeźbach faraonów. To nie był zwykły barwnik, to pierwszy znany człowiekowi syntetyczny pigment. Tysiące lat później naukowcy odtworzyli aż dwanaście jego wersji.
Spis treści: Jaki był egipski błękit? Odtworzono kolor nieba Nilu Dwanaście odcieni starożytnego nieba Dla starożytnych Egipcjan błękit miał ogromne znaczenie. Symbolizował niebo, wodę Nilu, życie i boskość. Niedziwne więc, że wykorzystywano go m.in. do zdobienia świątyń. Egipcjanie mogli korzystać z rzadkich minerałów, takich jak lapis lazuli, ale stworzyli własny pigment. Udało im się to już 5 tysięcy lat temu, w czasach IV dynastii. Jaki był egipski błękit? W zależności od warunków wytwarzania kolor przyjmował różne odcienie. W podstawowej formie powstawał z mieszaniny wapnia, miedzi i krzemu, wypalanych w bardzo wysokiej temperaturze. W kolejnych wiekach dodatkowe składniki i detale produkcji zaginęły. Do czasów renesansu wiedza o wytwarzaniu egipskiego błękitu przepadła niemal całkowicie. Barwnik ten, oprócz zalet estetycznych i symboliki, miał też pewne unikatowe cechy. Emitował światło w zakresie bliskiej podczerwieni. Taki pigment mógłby więc być wykorzystywany m.in. w nowoczesnych technologiach przeciwdziałających fałszerstwom lub w analizie odcisków palców. Te właściwości doceniają również archeolodzy i konserwatorzy dzieł sztuki. Pigment może bowiem posłużyć do odnowienia zabytków z niespotykaną wcześniej wiernością. Odtworzono kolor nieba Nilu Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Waszyngtonu (WSU), we współpracy z Instytutem Konserwacji Smithsonian i Muzeum Historii Naturalnej Carnegie, postanowili spróbować przywrócić egipski błękit. Najpierw badacze zostali poproszeni o przygotowanie pigmentów na muzealną wystawę. – To miała być zabawa, ale temat wzbudził ogromne zainteresowanie. Zaczęliśmy badać wszystko bardzo dokładnie – mówi John McCloy, inżynier materiałowy i główny autor badania opublikowanego na łamach czasopisma „npj Heritage Science”. Zespół skonsultował się z mineralogiem i egiptologiem, a następnie przygotował zestawy składników przypominające te, które mogli znać starożytni Egipcjanie. Użyli m.in. wapnia, miedzi, dwutlenku krzemu i węglanu sodu. Mieszaniny podgrzewano w temperaturze około 1 000 st. Celsjusza przez różne okresy – od jednej do jedenastu godzin – a następnie schładzano w kontrolowany sposób. Dwanaście odcieni starożytnego nieba Efekt? Aż 12 różnych wariantów egipskiego błękitu. Co ważne, wszystkie są zgodne z historycznymi materiałami. Każdy różnił się nieco kolorem i strukturą. Kluczowym czynnikiem okazała się prędkość stygnięcia. Im wolniej próbka stygła, tym głębszy uzyskiwano błękit. Szybsze schładzanie dawało jaśniejsze, zielonkawe lub szare odcienie. Choć odcienie się różniły, wspólnym mianownikiem okazał się cuprorivaite (nie ma polskiej nazwy). To minerał, który nadawał pigmentowi jego charakterystyczny kolor. Cuprorivaite ulegał zamknięciu w bezbarwnych cząsteczkach krzemianów podczas wypalania, tworząc jednolity efekt wizualny. – To było zaskakujące. Nawet jeśli składniki nie były idealnie jednorodne, końcowy efekt wyglądał jak jednolity kolor – podsumowuje McCloy. Źródło: npj Heritage Science Nasz autor Mateusz Łysiak Dziennikarz podróżniczy, rowerzysta, górołaz. Poza szlakiem amator kuchni włoskiej, popkultury i języka hiszpańskiego.
Nie z tego świata. Gdzie szukać organizmów pozaziemskich?
Jeżeli naukowcy mają rację, kosmos wokół nas tętni życiem. Już nie tylko Mars, ale również Wenus, Enceladus czy Ceres powinny znaleźć się na liście do sprawdzenia.
Spis treści: Wenus – mikroby w chmurach? Ceres – świat lodowych wulkanów Enceladus – księżyc z pióropuszami Największa z tajemnic, która czeka na wyjaśnienie Miałem na tym punkcie obsesję przez wiele lat – mówi Chris McKay, planetolog z NASA. – Szukanie życia na Marsie całkowicie mnie uwiodło, poświęciłem mu większość kariery zawodowej. Czas jednak porzucić tę pierwszą miłość. Dlaczego? Zakurzony, jałowy, pełen monotonnych krajobrazów glob – obiekt adoracji McKaya – ciągle nie spełnia pokładanych w nim nadziei. Na Czerwoną Planetę poleciał już Perseverance. To łazik zaprojektowany i wyposażony specjalnie pod kątem poszukiwania śladów biologicznych pozostałych po potencjalnych marsjańskich mikroorganizmach. Czy jednak zostaną znalezione? Naukowcy coraz mniej mają ochotę gdybać na ten temat. Natomiast coraz częściej dochodzą do wniosku, że życia w Układzie Słonecznym należy szukać również gdzie indziej. W miejscach, w porównaniu z którymi Mars wydaje się tętniącą życiem amazońską puszczą. Wenus – mikroby w chmurach? Ciśnienie 90 razy większe niż na Ziemi, temperatura przekraczająca 450 st. C. To warunki zabójcze nie tylko ziemskich mikroorganizmów, ale również najbardziej wytrzymałych urządzeń badawczych. Najmocniejsze z nich – sonda Wenera 13 wysłana w 1982 r. przez radzieckich naukowców – działało na Wenus przez 127 minut. Dłużej na powierzchni najbliższego nam globu nie przetrwała dotychczas żadna ziemska maszyna. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/w-atmosferze-wenus-jest-tlen-czy-to-oznacza-ze-moze-tam-byc-rowniez-zycie-ryc-shutterstock-f231797.jpg" width="938" height="391" alt="W atmosferze Wenus jest tlen. Czy to oznacza, że może tam być również życie? (Ryc. Shutterstock)" title="W atmosferze Wenus jest tlen. Czy to oznacza, że może tam być również życie? (Ryc. Shutterstock)" /> Nic dziwnego, że o życiu na Wenus nie może być mowy. Ale nad Wenus – już tak. Na pozór wydaje się to niemożliwe. Atmosfera tej planety mogłaby wystraszyć biblijnych potępionych: nad globem unosi się warstwa chmur grubości 250 km, które składają się z kropel kwasu siarkowego. Chmury te są tak gęste, że zatrzymują całe światło słoneczne, mimo że po niebie przetaczają je potężne wichury. Sonda Venus Express, ostatnia, która zanurzyła się w atmosferę Wenus, oszacowała ich prędkość na 400 km/godz. Na dodatek na niektórych wysokościach z chmur padają żrące deszcze. Warunki do życia A jednak w chmurach Wenus istnieje miejsce, gdzie mogłoby utrzymać się życie. Na wysokościach ok. 45–60 km ciśnienie odpowiada ziemskiemu (1 atmosfera), a temperatura oscyluje wokół 60 stopni Celsjusza. Z tym fragmentem troposfery Wenus wiąże się też licząca prawie wiek naukowa tajemnica. – Nad Wenus od czasu do czasu pojawiają się ciemne plamy widoczne w ultrafiolecie – opowiada prof. Sanjay Limaye, planetolog z University of Wisconsin. – Są widoczne przez kilka dni, w tym czasie zmieniają kształt i kontrast, po czym znikają. Co to jest? Naukowcy głowili się nad tym przez lata. Uważano, że tajemnicze plamy mogą być efektem reakcji chemicznych z udziałem związków siarki, jakie zachodzą kilkadziesiąt kilometrów nad Wenus. Nie wyjaśniało to jednak zaskakujących cech zjawiska – plamy pojawiają się bowiem okresowo niczym wykwity alg na jeziorach i morzach na Ziemi. Siarka i żelazo Na trop właściwego rozwiązania wpadł dr Grzegorz Słowik z Uniwersytetu Zielonogórskiego. – W grudniu 2014 r. podczas warsztatów kosmicznych organizowanych przez Europejską Agencję Kosmiczną spotkałem prof. Limaye – mówi. – Wspomniałem mu wówczas o moich badaniach bakterii Thiobacillus ferrooxidans. Bakteria ta ma niezwykłe cechy – jej metabolizm oparty jest na utlenianiu związków siarki i żelaza, których obecność wykryto nad Wenus. Zdaniem dr. Słowika podobne do niej mikroorganizmy mogłyby przetrwać w chmurach Wenus i odpowiadać za pojawiające się na nich plamy. Ta rewolucyjna teoria, opisana przez prof. Limaye, dr. Słowika i innych autorów, została opublikowana w piśmie „Astrobiology”. Jak sprawdzić, czy nad Wenus faktycznie może istnieć życie? – Zrobimy to dopiero wtedy, gdy pobierzemy i przebadamy próbki chmur Wenus na różnych wysokościach w ciągu dnia i nocy – tłumaczy Sanjay Limaye. Może do tego posłużyć VIMP (ang. Venus Atmospheric Maneuverable Platform) – pojazd, który ma łączyć cechy samolotu i sterowca. Ceres – świat lodowych wulkanów 22 marca 1998 r. kilkunastu chłopców grało w koszykówkę w liczącym osiem tysięcy mieszkańców Monahans w Teksasie. O siódmej wieczorem usłyszeli świst i huk. Jeden spostrzegł, że niedaleko placu do gry upadł kawałek skały wielkości ludzkiej pięści. Gdy chłopcy go dotknęli, był jeszcze ciepły. Meteoryt trafił najpierw w ręce strażaków, a następnie naukowców. Ci przez następnych 20 lat badali go za pomocą coraz bardziej zaawansowanych narzędzi. W końcu specjaliści z Berkeley National Laboratory na łamach „Science Advances” ogłosili, że skała z Teksasu (i inne, które w tym samym czasie spadły na Ziemię, np. w Maroku w sierpniu 1998 r.) zawiera zarówno wodę, jak i złożone związki organiczne, takie jak węglowodory i aminokwasy. To mieszanka podstawowych składników życia. – Nasze wyniki sugerują, że ta materia organiczna pochodzi z ciała niebieskiego, które zawiera lub zawierało w przeszłości duże ilości wody – mówi Yoko Kebukawa Narodowego Uniwersytetu w Jokohamie, która analizowała meteoryty w Berkeley. Jaki to glob? – Przypuszczalnie planetoida Ceres – odpowiada badaczka. Planetoida z wodą Ceres to królowa pustki, rozciągającej się między Marsem a Jowiszem. Jak na królową przystało, otacza ją aura tajemnicy. Przypuszcza się, że składa się ze skalnego jądra i warstwy lodu lub nawet oceanu ciekłej wody. Mógł on powstać na skutek działania ciepła wydzielanego wewnątrz planetoidy w czasie jej ewolucji – być może to ciepło nadal promieniuje i zapewnia Ceres energię. Glob ten jest tak ciekawy, że naukowcy zdecydowali się wysłać tam sondę Dawn. Badała ona planetoidę w 2015 i 2016 r. Analiza wykonanych przez nią zdjęć wykazała, że Ceres prawdopodobnie kryje aktywne kriowulkany, które wyrzucają w przestrzeń parę wodną i lód. Największego odkrycia dokonano jednak w kraterze Ernutet. Na zdjęciach wykonanych przez Dawn geolodzy zidentyfikowali skupiska związków organicznych – tholinów. Według niektórych naukowców to właśnie przyniesione przez komety tholiny mogły być źródłem substancji organicznych, z których na Ziemi rozwinęło się życie. „Ponieważ Ceres jest planetą karłowatą, która nadal może emitować ciepło z okresu kształtowania się, a być może nawet posiada podziemny ocean, istnieje prawdopodobieństwo, że rozwinęły się na niej prymitywne mikroorganizmy” – napisał Michael Küppers, planetolog z Europejskiej Agencji Kosmicznej w „Science”. „Tym samym Ceres dołącza do Marsa i księżyców gazowych gigantów Układu Słonecznego, mogących być schronieniem dla życia”. Enceladus – księżyc z pióropuszami Trwało to tylko kilkadziesiąt sekund, a jednak dostarczyło przesłanek, które uwiodły Chrisa McKaya i kazały mu zapomnieć o Marsie. W październiku 2015 r. sonda Cassini przeleciała zaledwie 50 km nad powierzchnią Enceladusa. Na niecałą minutę zanurzyła się wówczas w wodny pióropusz, który księżyc Saturna wypluwa z siebie w przestrzeń kosmiczną. To chwilowe nurkowanie przyniosło serię zaskakujących informacji o największym konkurencie Czerwonej Planety do miana najbardziej prawdopodobnego schronienia dla życia w Układzie Słonecznym. Enceladus nie imponuje rozmiarami. Jest o wiele mniejszy od ziemskiego Księżyca – ma średnicę tylko 500 km. Już Voyagery odkryły, że składa się głównie z lodu. W 2005 r. pierwsze zbliżenia sondy Cassini przyniosły rewelację – nad południowym biegunem księżyca kwitną pióropusze lodu i pary wodnej. Dalsze badania wykazały, że z podlodowego oceanu księżyca wydobywają się też m.in. wodór i metan. Co więcej, przypuszcza się, że w niektórych miejscach księżyca płynna woda może znajdować się blisko powierzchni – kolejna przesłanka pozwalająca wierzyć, że na Enceladusie mogą istnieć proste formy życia. Japoński mikrob Spekulacje na ten temat przybrały konkretny kształt. To co dla Wenus zrobił dr. Grzegorz Słowik, dla Enceladusa opracował Simon Rittmann z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Rittmann znalazł mianowicie ziemski organizm, który mógłby przetrwać w warunkach panujących pod lodowym płaszczem Enceladusa. Methanothermococcus okinawensis to archeon, czyli prosty jednokomórkowy organizm nieposiadający jądra komórkowego, który nie jest ani bakterią, ani eukariontem (organizmem składającym się z komórek posiadających jądra komórkowe – takim jak np. człowiek). Pochodzi z kominów geotermalnych u wybrzeży Japonii. Rittmann zasymulował fizykochemiczne warunki panujące pod powierzchnią Enceladusa i okazało się, że Methanothermococcus okinawensis jest w stanie się w nich rozwijać. Czerpie bowiem energię z przemiany wodoru cząsteczkowego i dwutlenku węgla w metan. Oczywiście nie oznacza to, że metan odkryty w pióropuszach Enceladusa musi być produkowany przez organizmy żywe. Równie dobrze może pochodzić z kominów geotermalnych. Jednak naukowcy podkreślają, że odkrycia takie jak Rittmanna i dr. Słowika pozwalają myśleć o projektowaniu konkretnych urządzeń badawczych, jakie powinny wchodzić w skład przyszłych misji komicznych. Największa z tajemnic, która czeka na wyjaśnienie Teorie, które leżą u podstaw planowania tych misji i szukania życia w Układzie Słonecznym, pomijają jednak pewien wstydliwy problem. Otóż ciągle brakuje odpowiedzi na wydawałoby się proste pytanie: co to właściwie jest życie? To zaskakujące, ale mimo podejmowanych prób dotychczas nie powstała jedna spójna definicja życia akceptowana przez cały świat naukowy. Na początku XXI w. Międzynarodowe Towarzystwo Badania Początków Życia chciało ją stworzyć, przepytując badaczy z całego świata – w rezultacie uzyskano 78 różnych odpowiedzi. W 1992 r. NASA przyjęła, że życie to „samopodtrzymujący się system chemiczny, zdolny do przemian na drodze ewolucji”. Ujęcie to obejmuje dwie podstawowe cechy życia – zdolność do samopowielania oraz przemiany, wyklucza jednak z grona żywych istot wirusy, które do istnienia wymagają bardziej złożonych organizmów żywych. Jak powstało ziemskie życie? A to zaledwie początek kłopotów. Nie tylko brakuje nam pewności, co nazwać życiem, ale nie mamy też najmniejszego pojęcia, skąd się wzięło na Ziemi. Co konkretnie, na poziomie biochemicznym, działo się w ziemskich oceanach 3,5 mld lat temu? Klasyczną już próbę wyjaśnienia tego podjął w 1953 roku Stanley Miller, doktorant na University of Chicago. Przeprowadził prosty eksperyment – w dwóch kolbach laboratoryjnych zasymulował warunki istniejące na naszej planecie u jej zarania – czyli połączył wodę z mieszaniną metanu, wodoru i amoniaku, a następnie przepuścił przez ten roztwór prąd. Po kilku dniach w kolbach pojawiły się związki organiczne, m.in. aminokwasy. Wydawało się, że zagadka jest rozwiązana, a powstanie życia – banalnie proste. Nic podobnego. Bill Bryson, autor bestsellera „Krótka historia prawie wszystkiego”, w błyskotliwy sposób wyjaśnia, dlaczego od eksperymentu Millera do znanych nam choćby najprostszych organizmów prowadzi droga nieskończonej długości. Aminokwasy łączą się w łańcuchy tworząc białka, których w ludzkim organizmie może być nawet milion. Przeciętne białko składa się z 200 aminokwasów ustawionych jeden po drugim w określonym porządku. Jaka jest szansa, że 20 aminokwasów (tyle ich potrzeba do zbudowania każdego z nas) ustawi się losowo w określonej kolejności? To jeden do 10260. Hemoglobina, stosunkowo małe białko, składa się z 146 aminokwasów – można je ułożyć na 10190 sposobów. Jak pisze Bryson „szansa, że jakiś przypadkowy proces mógł wyprodukować nawet jedno proste białko, wydaje się oszałamiająco znikoma”. Według słynnego porównania astronoma Freda Hoyle’a, równa tej, że szalejąca w składnicy złomu trąba powietrzna zostawi po sobie gotowego do lotu jumbo jeta. A przecież białka to nie wszystko. Do zaistnienia życia musi też powstać nośnik informacji genetycznej (DNA) oraz błona komórkowa. „Każdy, kto odpowiada, że wie, w jaki sposób na jałowej Ziemi około 3,45 mld lat temu powstało życie, jest albo głupcem, albo oszustem” – pisał w 1995 r. Stuart Kauffmann, biolog teoretyk, jeden z najbardziej znanych badaczy początków życia na Ziemi. Ta wielka niewiadoma stanowi mocną przesłankę sugerującą, że w poszukiwaniach życia w kosmosie znajdujemy się na początku drogi. Źródło: archiwum NG
Na ten widok czekają wszyscy wierni. Jak powstaje biały dym nad Watykanem?
Każdy wie, co oznacza biały dym nad Watykanem. Ale mało kto zastanawia się, co tak naprawdę unosi się z komina Kaplicy Sykstyńskiej w momencie wyboru następcy św. Piotra. National Geographic Magazine zapytał o to eksperta w dziedzinie chemii pirotechnicznej, Chrisa Mocellę.
W tym artykule: Jak i z czego powstaje biały dym po konklawe? Trwa okres sede vacante. Co to właściwie oznacza? Papież Franciszek zmarł w poniedziałek nad ranem, w wieku 88 lat. Wiadomość o jego odejściu poruszyła miliony wiernych na całym świecie. Choć Watykan pogrążony jest w żałobie, już teraz rozpoczynają się przygotowania do kolejnego, niezwykle ważnego momentu w historii Kościoła, czyli konklawe. To właśnie wtedy oczy całego świata znów zwrócą się ku Kaplicy Sykstyńskiej, gdzie biały dym obwieści wybór nowego następcy św. Piotra. Jak i z czego powstaje biały dym po konklawe? Biały dym unoszący się z komina Kaplicy Sykstyńskiej to najbardziej rozpoznawalny znak wyboru nowego papieża. Ale co sprawia, że ten historyczny moment ma właśnie taką oprawę? Amerykańska redakcja National Geographic Magazine zapytała o to autora książki „Chemia pirotechniki”, Chrisa Mocelli. Niektórzy mogą być zaskoczeni Katia Andreasi, National Geographic Magazine: Jak można kontrolować kolor dymu? Czy one wszystkie nie powinny być po prostu szare? Chris Mocella: Istnieją dwa sposoby na wytworzenie dymu: spalanie, które produkuje dym, gdy płonący obiekt częściowo strawi ogień, i parowanie, podczas którego twarde materiały w wyniku działania wysokich temperatur najpierw topią się w ciecz, a potem zamieniają się w gaz. Podczas gdy w procesie spalania płonący materiał oprócz dymu, produkuje także sadze i popiół (które przybierają ciemną barwę), tak przy parowaniu spalany przedmiot, nie płonie jako obiekt w stałym stanie skupienia, lecz zmienia się w substancję płynną, a dopiero ta ulatnia się w pełni, tworząc mglisty dym. Co może zostać wykorzystane do przygotowania białego dymu? Istnieją pewne produkty reakcji spalania, które mogą przybrać białą lub jasnoszarą barwę, zwłaszcza niektóre związki cynku i fosfor, które przy udziale temperatury reagują z wodą, dając w efekcie gęsty, biały dym. Zaawansowana wiedza chemiczna nie jest do tego potrzebna. A z jakiej metody mogą korzystać w Watykanie? Choć parowanie jest możliwe, to metoda ta jest trudna do opanowania do perfekcji. Kardynałowie korzystają więc raczej z prostego procesu spalania opiłków cynku i siarki, w efekcie czego powstaje siarczek cynku, który wyglądem przypomina gęsty, ciężki dym w kolorze brudnej bieli. A co w przypadku czarnego dymu? W tym wypadku sytuacja jest prosta: czarny dym najłatwiej jest otrzymać podczas półspalania czyli w sytuacji, gdy spalamy materiały organiczne takie jak drewno, przy ograniczonym dostępie tlenu. Wówczas otrzymujemy sporo czarnych cząsteczek, które nie uległy całkowitemu spaleniu czyli czarny dym. Czy do produkcji czarnego dymu w Watykanie używało się kiedyś słomy? Jeśli konkretny rodzaj słomy zostanie spalony przy ograniczonym dostępie tlenu, rzeczywiście można otrzymać czarny dym, jednak nie otrzymamy go w takiej ilości, ani nie będzie tak gęsty, jak byśmy sobie tego życzyli. Żeby dym był naprawdę czarny, musi być gęsty, a w związku z tym trzeba go wyprodukować bardzo dużo w krótkim czasie. Oznacza to, że potrzebne będą nieco bardziej złożone materiały pirotechniczne niż zwykła słoma. Czy tak naprawdę kardynałowie mogą stworzyć taki kolor dymu, jaki tylko im się podoba, np. zielony albo czerwony? Tak, bez problemu można wyprodukować kolorowy dym. Cześć barwników może bardzo szybko zmienić stan skupienia ze stałego na ciekły pod wpływem wysokiej temperatury, a zaraz później wyparować w postaci drobnych, kolorowych cząsteczek, tworząc kolorowy dym. Trzeba jednak zachować ostrożność podczas procesów spalania kolorowych materiałów pirotechnicznych. Barwniki są często wykonane z materiałów organicznych, dlatego zamiast kolorowego dymu, możemy otrzymać szary lub czarny, jeśli zaczną się spalać zbyt intensywnie. Nie da się otrzymać kolorowego dymu w sposób naturalny? To się zdarza bardzo rzadko z tego względu, że do jego wytworzenia niezbędne są konkretne materiały i warunki. W tej chwili nie przychodzi mi do głowy żaden przykład, gdzie odbyłoby się to bez żadnej ingerencji ze strony człowieka. Na koniec nie mógłbym nie zadać tego pytania komuś, kto jest pirotechnikiem. Czy kardynałowie mogliby zamiast dymu wypuścić przez komin fajerwerki? Oczywiście. Jest jednak kilka warunków: przede wszystkim komin musiałby być zupełnie prosty i nie mieć żadnych blokad. Trzeba byłoby również się usunąć daszek, który jest umieszczony na końcu komina. W przeciwnym razie kardynałowie musieliby się liczyć z bardzo bliskim spotkaniem z fajerwerkami w Kaplicy Sykstyńskiej, czego Michał Anioł najpewniej nie brał pod uwagę… Trwa okres sede vacante. Co to właściwie oznacza? Po śmierci papieża Franciszka Kościół katolicki wszedł w czas przejściowy, w tradycji nazywany jest sede vacante. To moment, kiedy tron papieski pozostaje pusty, a wierni z niecierpliwością oczekuje wyboru następcy św. Piotra. Formalnie władza przechodzi wówczas w ręce Kolegium Kardynałów, które zarządza Watykanem, ale nie podejmuje decyzji wiążących dla Wspólnoty. Ich głównym zadaniem jest zwołanie konklawe, czyli ogólnego zgromadzenia kardynałów-elektorów, podczas którego zostanie wybrany nowy papież. Papież Franciszek zmarł w Poniedziałek Wielkanocny, 21 kwietnia 2025 r., w swojej rezydencji w watykańskim Domu Santa Marta. Bezpośrednimi przyczynami jego śmierci był udar mózgu, śpiączka i nieodwracalna zapaść kardiologiczna Źródło: National Geographic Magazine
Czy właśnie znaleźliśmy życie na odległej egzoplanecie? Badania astronomów z Cambridge budzą kontrowersje
Opublikowane w czwartek 17 kwietnia analizy danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba mówią o biosygnaturach odnalezionych w atmosferze planety znanej jako K2-18 b. Jednak to śmiałe twierdzenie o odnalezieniu śladów życia na odległej o 124 lata świetlne planecie wywołało falę sceptycyzmu.
Spis treści: Badania egzoplanet Odkrycie budzi wątpliwości Egzotyczne wodne światy Życie we Wszechświecie Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), zespół astronomów z Uniwersytetu Cambridge wykrył obecność siarczku dimetylu (DMS) i potencjalnie dwusiarczku dimetylu (DMDS) w atmosferze planety K2-18b. DMS to związek o ostrym zapachu, który może być wytwarzany przez bakterie. Naukowcy wykryli tę cząsteczkę, analizując światło gwiazd przefiltrowane przez atmosferę planety. Różne związki chemiczne pozostawiają odpowiednie ślady w widmie światła. Na Ziemi DMS i DMDS są wytwarzane wyłącznie przez mikroorganizmy, zazwyczaj fitoplankton morski. Tym samym przez media przetoczyła się fala ekscytacji. W końcu możemy powiedzieć, że odnaleźliśmy pozaziemskie życie. Ale czy na pewno? Te bez wątpienia obiecujące badania wywołały szeroką dyskusję w naukowym świecie. Podobnie, jak miało to miejsce w przypadku detekcji fosfiny w atmosferze Wenus. Badania egzoplanet Badanie zespołu naukowców z Cambridge szczegółowo opisujące wyniki zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”. – Znajdująca się 124 lata świetlne od Ziemi egzoplaneta K2-18b, może być tzw. światem hyceańskim. Czyli potencjalnie nadającą się do zamieszkania planetą w całości pokrytą ciekłą wodą oraz z atmosferą bogatą w wodór – powiedział główny autor badania Nikku Madhusudhan, profesor astrofizyki i nauk egzoplanetarnych w Instytucie Astronomii Uniwersytetu Cambridge. Odkrycie obecność DMS i DMDS w atmosferze planety K2-18b opierają się na wcześniejszych badaniach przeprowadzonych przez tę samą grupę astronomów. Wówczas za pomocą instrumentów Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph i Near-Infrared Spectrograph JWST badacze wykryli dwutlenek węgla i metan w atmosferze K2-18b. Nowa detekcja została dokonana za pomocą instrument badającego wybrane cele w średniej podczerwieni. – Traktujemy to odkrycie jako niezależną linię dowodową. Wykorzystaliśmy inny instrument niż przy wcześniejszych badaniach i inny zakres długości fal światła, w którym nie ma nakładania się z poprzednimi obserwacjami – powiedział Madhusudhan. Naukowiec podkreślił, że sygnał był silny i wyraźny. Odkrycie budzi wątpliwości Mimo to wielu naukowców kwestionuje te wnioski. Zdaniem Stephena Schmidta z Uniwersytetu Johna Hopkinsa, astronomowie z Cambridge wcale nie przedstawili wystarczająco mocnego dowodu. Schmidt i jego zespół niedawno ponownie przeanalizowali badania zespołu z Cambridge z 2023 roku. Te mówiące o detekcji dwutlenku węgla i metanu. Jak przekonuje Schmidt, jego grupa nie znalazła żadnych dowodów na obecność biosygnatury, czyli związków chemicznych wskazujących na obecność życia. Naukowiec z Arizony twierdzi też, że dane te mogą być po prostu fluktuacjami statystycznymi. Jednak naukowcy z Cambridge twierdzą, że istnieje tylko 0,3% prawdopodobieństwa, że sygnał może być wynikiem przypadku. – To prawie na pewno nie jest życie – komentuje kolejna uczona Tessa Fisher, astrobiolożka z University of Arizona w Tucson. Tematowi przyjrzeli się również eksperci z „Nature”. – Naukowcy od wieków poszukują życia poza Ziemią. Jeśli DMS i DMDS rzeczywiście istnieją w atmosferze tej planety i jeśli powstały w wyniku aktywności biologicznej, byłby to przełomowy moment w poszukiwaniu życia pozaziemskiego – można przeczytać na łamach „Nature”. Egzotyczne wodne światy Eksperci podkreślają też, że praca badaczy z Cambridge stanowi krok w kierunku zrozumienia planet takich jak K2-18 b. Są one określane jako „mini-Neptuny” ze względu na ich masę, ale poza tym niewiele wiadomo o ich składzie. Niektórzy badacze, w tym zespół Madhusudhana, twierdzą, że niektóre z nich mogą być egzotycznymi światami wodnymi ukrytymi w atmosferach wodorowych. Jeśli tak, to mogą to być jedne z najlepszych miejsc do poszukiwania życia pozaziemskiego. Jednak wcale nie mamy pewności, że na K2-18b jest woda. Badania modelowe tej i podobnych planet sugerują, że są one prawdopodobnie jałowe. Natomiast Laura Kreidberg, astronomka z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech zastanawia się, czy sygnatura DMS/DMDS była rzeczywiście obecna, czy też był to sygnał pozorny. Choć, jak podkreśla badaczka, dokonania kolegów z Cambridge naprawdę przesuwają granicę możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Życie we Wszechświecie Poza tym, jeśli sygnał DMS/DMDS jest rzeczywiście prawdziwy, pojawia się wiele dodatkowych pytań, na które należy odpowiedzieć, zanim będzie można przypisać ten sygnał życiu. Eksperymenty laboratoryjne wykazały, że DMS może być wytwarzany w procesach abiotycznych, czyli takich, w których nie uczestniczy życie. Po informacji o detekcji fosfiny na Wenus toczono analogiczne dyskusje. W przypadku tej planety rozwiązanie dylematów jest stosunkowo proste – wystarczy wysłać tam misję robotyczną i zbadać atmosferę planety in situ. Taka misja powinna wystartować już w przyszłym roku. Jednak w przypadku odległej o 124 lata świetlne K2-18 b, sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana. Nie zmienia to faktu, że informacje o detekcji gazów będących metabolitami, pojawiają się coraz częściej. Czyżbyśmy zbliżali się do przełomu i pierwszego mocnego potwierdzenia, że nie jesteśmy sami w wielkim Wszechświecie? Źródło: Nature Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Polscy naukowcy opracowali innowacyjną metodę odzysku metali ziem rzadkich – z baterii „paluszków”
Nowa technologia opracowana na Uniwersytecie Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie pozwala odzyskiwać pierwiastki ziem rzadkich z popularnych elektro-śmieci. Metoda budzi ogromne nadzieje – ma być tania i ekologiczna.
Spis treści: Tania i ekologiczna technologia odzysku metali ziem rzadkich? Dlaczego metale ziem rzadkich są tak ważne? Europa w pułapce surowców krytycznych Szansa inwestycyjna: rafineria w Puławach Recykling REE: polska odpowiedź na globalny kryzys surowcowy Zespół pod kierownictwem prof. Doroty Kołodyńskiej z Katedry Chemii Nieorganicznej UMCS opracował przełomową metodę odzyskiwania metali ziem rzadkich z niklowo-wodorkowych baterii (NiMH), powszechnie znanych jako paluszki (R3/AAA i R6/AA). Zużyte baterie, uznawane za elektrośmieci, kryją w sobie tzw. czarną masę. To osad bogaty w wartościowe pierwiastki, które są podstawą nowoczesnego przemysłu: od elektroniki, przez energetykę odnawialną, aż po zbrojenia. Wśród odzyskiwanych metali znajdują się m.in. lantan, cer, neodym, nikiel, kobalt i cynk. To elementy niezbędne do produkcji magnesów trwałych, akumulatorów, silników elektrycznych i turbin wiatrowych. Technologia opracowana przez UMCS bazuje na bezpiecznych, biodegradowalnych czynnikach ekstrakcyjnych, co wyróżnia ją na tle standardowych metod opartych na toksycznych kwasach i rozpuszczalnikach organicznych. Tania i ekologiczna technologia odzysku metali ziem rzadkich? W tradycyjnych procesach ekstrakcji metali ziem rzadkich stosuje się silnie żrące kwasy – siarkowy, azotowy i chlorowodorowy. Choć są skuteczne, sprawiają też, że niebezpieczne odpady są trudne do utylizacji. Zespół prof. Kołodyńskiej wykorzystał natomiast kwas iminodibursztynowy (IDHA) – łagodny związek biodegradowalny, znany m.in. z zastosowań w rolnictwie i medycynie. „Na podstawie wieloletnich badań doszliśmy do wniosku, że IDHA jest efektywnym i ekonomicznym czynnikiem umożliwiającym selektywny odzysk lantanowców oraz innych metali. To istotna zmiana w kierunku zrównoważonego przetwarzania surowców wtórnych” – wyjaśnia prof. Kołodyńska. Ekstrakcja to jedno, ale równie ważne jest rozdzielenie poszczególnych metali. Do tego celu naukowcy z UMCS wykorzystują sorbenty – materiały porowate, które selektywnie wiążą określone jony metali. Zamiast kosztownych i energochłonnych materiałów przemysłowych, lubelscy chemicy sięgają po przyjazne środowisku biopolimery, takie jak chitozan (pochodna chityny), alginiany (z brunatnic) i biowęgiel. Materiały te nie tylko wykazują wysoką selektywność, ale są też łatwo dostępne i tanie. To znacząco obniża koszty operacyjne całego procesu. Dlaczego metale ziem rzadkich są tak ważne? Pierwiastki ziem rzadkich (ang. rare earth elements, REE) to grupa 17 pierwiastków chemicznych, w tym lantanowce, skand i itr. Mimo że nie są one tak rzadkie, jak sugeruje nazwa – niektóre występują w skorupie ziemskiej w ilościach porównywalnych do miedzi czy cynku – ich duże rozproszenie sprawia, że eksploatacja naturalnych złóż jest kosztowna i trudna technologicznie. REE są niezastąpione w nowoczesnych technologiach. Znajdziemy je m.in. w: smartfonach i laptopach (np. cer i europ), samochodach elektrycznych (np. neodym i prazeodym), turbinach wiatrowych (magnesy neodymowe), urządzeniach wojskowych i kosmicznych. Są wykorzystywane też do zabezpieczania banknotów i dokumentów tożsamości. Europa w pułapce surowców krytycznych Unia Europejska stoi dziś przed ogromnym wyzwaniem surowcowym. Zgodnie z danymi US Geological Survey, największe na świecie rezerwy metali ziem rzadkich mają Chiny, Wietnam, Brazylia i Rosja. Stary Kontynent nie posiada znaczących w skali globalnej złóż pierwotnych, jest więc w tym zakresie uzależniony od importu. Tymczasem według prognoz zapotrzebowanie na wysokiej czystości pierwiastki ziem rzadkich będzie wzrastało do 2050 roku o 10–15% rocznie. Odpowiedzią na ten problem może być bardziej efektywny recykling i pozyskiwanie pierwiastków z odpadów elektronicznych, takich jak zużyte baterie, panele fotowoltaiczne czy turbiny wiatrowe. Prof. Kołodyńska wraz ze swoim zespołem pracuje już nad nowymi metodami odzysku REE właśnie z tych źródeł, w ramach międzynarodowego grantu z udziałem instytutów badawczych z Polski, Czech i Turcji. Szansa inwestycyjna: rafineria w Puławach Nowatorskie rozwiązania opracowane w Lublinie mogą znaleźć przemysłowe zastosowanie bliżej, niż się wydaje. Grupa Azoty oraz kanadyjska spółka Mkango Resources zapowiedziały budowę rafinerii metali ziem rzadkich w Puławach. Inwestycja, zaplanowana na lata 2027–2028, znajduje się na liście 47 projektów strategicznych Komisji Europejskiej, mających na celu zwiększenie suwerenności surowcowej UE. Zespół prof. Kołodyńskiej widzi w tym projekcie ogromny potencjał – zarówno komercyjny, jak i naukowy. Rozważa opatentowanie technologii oraz poszukuje inwestorów zainteresowanych wdrożeniem jej na skalę przemysłową. Recykling REE: polska odpowiedź na globalny kryzys surowcowy Ekologiczna ekstrakcja metali ziem rzadkich z odpadów konsumenckich to nie tylko sposób na ograniczenie emisji i zmniejszenie presji na zasoby naturalne. To również strategiczne narzędzie uniezależniania się Europy od zewnętrznych dostawców surowców. Kto wie, być może już niedługo, dzięki pracy polskich naukowców, zużyta bateria z naszego pilota zyska drugie życie jako część silnika w elektrycznym aucie lub magnesu w turbinie wiatrowej?
Mgła z mikrobłyskawicami źródłem życia na Ziemi? Nowa rewolucyjna teoria
„To nowy sposób myślenia o tym, jak uformowały się podstawowe cegiełki życia” – stwierdził Richard Zare z Uniwersytetu Stanforda. Naukowiec odkrył, że do powstania życia na Ziemi niekoniecznie przyczyniły się pioruny i błyskawice, jak dotychczas sądzono. Wystarczyła wodna mgiełka, np. z wodospadów.
W tym artykule: Na czym polegał eksperyment Millera-Ureya Elektryczność tak, pioruny nie Jak powstało życie: nowe wyjaśnienie Życie wzięło się z wodospadów? Miliardy lat temu na Ziemi obecne już były wszystkie składniki niezbędne do powstania żywych organizmów. Węgiel wchodził w skład cząsteczek metanu, azot – amoniaku, na planecie znajdowała się również woda. Brakowało tylko najważniejszego elementu: cząsteczek organicznych, w których węgiel łączyłby się z azotem. To właśnie z nich składa się życie. Cząsteczki zawierające węgiel i azot są niezbędne do powstania białek, enzymów, DNA i RNA. Najważniejsze pytanie dotyczące początków życia brzmi zatem: w jaki sposób na bardzo młodej Ziemi cząsteczki zawierające węgiel (jak metan) zaczęły łączyć się z cząsteczkami zawierającymi azot (jak amoniak)? Na czym polegał eksperyment Millera-Ureya W 1952 roku Stanley Miller, chemik i biolog, przeprowadził jeden z najsłynniejszych eksperymentów w historii nauki. Polegał on na otworzenia w laboratorium warunków, jakie panowały w atmosferze bardzo młodej Ziemi. Miller, pod kierunkiem noblisty Harolda Ureya, przygotował mieszaninę metanu, amoniaku, wodoru i wody. Kiedy przepuścił przez nią prąd elektryczny, w wyniku reakcji chemicznych powstały aminokwasy. Aminokwasy budują białka i zawierają wiązania węglowo-azotowe. Doświadczenie wykazało, że kluczowym czynnikiem, jakie doprowadził do uformowania się „cegiełek życia”, była elektryczność. Dawno temu miały zapewnić ją pioruny. Test Millera-Ureya (powtórzony z sukcesem w 2007 roku) wsparł hipotezę, że to właśnie wyładowania elektryczne w pierwotnej atmosferze planety doprowadziły do reakcji chemicznych, dzięki którym powstały pierwsze związki organiczne. Elektryczność tak, pioruny nie Teoria ta miała jednak pewną wadę. Otóż do uformowania się aminokwasów na masową skalę potrzeba byłoby bardzo wielu piorunów. Zdaniem niektórych, gdyby tylko one „dostarczały” wyładowań elektrycznych niezbędnych do zajścia reakcji chemicznych, zjawisk tych byłoby zwyczajnie za mało, by ok. 4 mld lat temu mogło powstać życie. Pomysłowe rozwiązanie problemu znalazł właśnie Richard Zare z Uniwersytetu Stanforda. Naukowiec wraz z zespołem wykazał, że elektryczność – kluczowy element eksperymentu Stanleya – wcale nie musiała pochodzić z potężnych wyładowań atmosferycznych. Tylko z wody. A konkretnie: z mgiełki składającej się z rozpylonych kropelek, jaka unosi się np. nad wodospadami. Jak powstało życie: nowe wyjaśnienie Naukowcy kierowani przez Zare’a rozpylali wodę i wpuszczali taką mgiełkę do mieszaniny gazów użytych w eksperymencie Millera. To wystarczyło, by powstały związki chemiczne oparte na węglu i azocie. Nie było potrzebne żadne zewnętrzne źródło energii elektrycznej. Dlaczego? Bo dostarczały jej same krople wody. Większe z nich często były naładowane dodatnio. Mniejsze – ujemnie. Kiedy krople o przeciwnych ładunkach zbliżyły się do siebie na odległość rzędu nanometrów, przeskakiwały między nimi iskry. Zare nazwał je „mikrobłyskawicami", ponieważ ten sam proces odpowiada za gromadzenie i rozładowywanie energii w chmurach w postaci błyskawic. Następnie badacze użyli kamer wysokiej prędkości, aby udokumentować niezauważalne dla nas błyski światła. Jak się okazało, wyładowania uwalniały energię 12 elektronowoltów. To wystarczyło, by zainicjować odpowiednie reakcje chemiczne. Życie wzięło się z wodospadów? – Mikroelektryczne wyładowania między przeciwnie naładowanymi mikrokroplami wody wytwarzają wszystkie cząsteczki organiczne obserwowane wcześniej w eksperymencie Millera-Ureya – powiedział Zare. – Proponujemy, że jest to nowy mechanizm prebiotycznej syntezy cząsteczek, które stanowią budulec życia – dodał. Tym samym warunki dogodne do powstania życia pojawiłyby się wszędzie tam, gdzie masy wody zderzałyby się ze skałami lub ze sobą, tak by powstawała mgiełka. A więc np. przy wodospadach albo kamienistych brzegach, w które uderzałyby fale. Skalne szczeliny stałyby się idealnymi „próbówkami”, gdzie na masową skalę tworzyłyby się aminokwasy. A z nich – bardziej skomplikowane cząsteczki, z których ostatecznie formowałyby się proste mikroorganizmy. Badania zespołu Zare’a zostały opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”. Źródła: Science Advances, phys.org, New Scientist Nasza autorka Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”.