Świat Nauki, Marzec 2011, Nr 3 (235)

SWLMMUKI SCIENTIFIC AMERICAN

Marzec 2011 nr 3 (235)

ARTYKUŁY BIOLOGIA

56 Po nitce do kłębka

ZDROWIE

34 Pokonać otyłość W rozwiązaniu problemu nadwagi pomoże nie zmiana fizjologii, lecz otoczenia, David H. Freedman

Rozmieszczenie łańcucha DNA w jądrze komórkowym ma wielki wpływ na funkcjonowanie genów w zdrowiu i chorobie. Tom Mistełi EKOLOGIA

64 Obrońca obcych

FIZYKA

33 Jeszcze bardziej paradoksalni bliźniacy Liczący już ponad 100 lat problem „paradoksu bliźniąt" okazuje się głębszy i mniej akademicki, niż sądzono. Marek Abramowicz i Stanisław Bajtlik

Zdaniem ekologa Marka Davisa gatunki inwazyjne nie są aż takim zagrożeniem, jak uważają niektórzy naukowcy. Rozmawia Brendan Borrell ASTROFIZYKA

BADANIA KOSMOSU

38 Satelity obywatelskie Małe, standaryzowane satelity umożliwiają prowadzenie doświadczeń na orbicie nawet bardzo niewielkim grupom badaczy. Alex Soojung-Kim Pang i Bob Twiggs ZRÓWNOWAŻONY

ROZWÓJ

44 Błękitna rewolucja Nowe rybne farmy na pełnym morzu to sposób na zapewnienie światu tak potrzebnego białka. Sarah Simpson

68 Kosmos w promieniach X Dzięki pomysłowemu układowi luster teleskop NASA NuSTAR pozwoli dojrzeć utajone kosmiczne zjawiska. Fiona Harrison i Charles J. Hailey NEUROPROTETYKA

70 Umysł wyzwolony Pionier neuroprotetyki przekonuje, że w przyszłości połączymy umysły w globalną sieć i będziemy „ściągać" nasze myśli bezpośrednio do podręcznych pamięci. Miguel A.L. Nicolelis HISTORIA NAUKI

PSYCHOLOGIA POZNAWCZA

53 J a k język kształtuje myśl Języki, którymi mówimy, wpływają na nasze postrzeganie świata. Lera Boroditsky

Zdjęcie Floto + Warner

74 Łoś Jeffersona Jak Thomas Jefferson obalał mit o zdegenerowanej Ameryce stworzony przez europejskich przyrodników. Lee Dugatkin

marzec 2011, Świat Nauki 1

STAŁE R U B R Y K I 6

Skaner Spór o witaminę. Zbawienne robaki. Ptasznik z Bagdadu. Plastikowa zagląda, Polski wzór w chemii. W rezonansie z wirusem. Problemy zimowych dzieci. Matematyka a popularność. Towarzystwo ze zderzacza. Kaprysy powonienia. Ciasto z prądem.

19 Wokół nauki Redakcja Scientific American Cena strachu 30 Forum Francesco Grifo Dobre strony impasu 31

TechnoFakty David Pogue Otwarte pytanie

33 Zdrowie Katie Moisse W propagandowej Sieci 78 Umysł giętki Marek Penszko O Wandzie, co chciała Niemca, i Józefie, który chciał przeżyć 81 Głos sceptyka Michael Shermer Houdini uczy sceptycyzmu 83 Anty(po)waga Steve Mirsky Nuda w operze 83 J a k i dlaczego Biżuteria Saturna 84

Recenzje Lekcje astronomii króla Stasia

86

Faktograf Mark Fischetti Zakochany mózg

87 Warto wiedzieć Tydzień Mózgu Śladami pionierów chemii Fascynująca technika 88 Sto lat temu OKŁADKA Jeżeli obecny trend się utrzyma, otyłość stanie się najpoważniejszym poje­ dynczym czynnikiem ryzyka przedwczesnego zgonu w USA, wyprzedzając nawet palenie papierosów. Niestety, metody behawioralne, które mają naj­ trwalszy wpływ na nasze nawyki żywieniowe i aktywność fizyczną oraz mo­ głyby najskuteczniej powstrzymać epidemię tycia, są często lekceważone. Ilustracja: Bryan Christie Opracowanie polskiej wersji okładki: Irina Pozniak

SWIAIMAUKI SCIENTIFIC AMERICAN Redaktor naczelny Elżbieta Wieteska [email protected] Redakcja Tatiana Krajowska-Kukiel (sekretarz redakcji) [email protected] Olga Orzytowska-Śliwińska [email protected] Lech Trzeciak [email protected] Redakcja techniczna, skład i tamanie Jolanta Kotas Adres redakcji ul. Garażowa 7 02-651 Warszawa tel. 22 607 77 71,607 77 90 faks 22 848 22 66 e-mail: [email protected] Wydawca Prószyński Media Sp. z o.o. ul. Garażowa 7 02-651 Warszawa tel. 22 607 77 71,607 77 90 faks 22 848 22 66

TŁUMACZE, AUTORZY I KONSULTANCI BIEŻĄCEGO NUMERU prof. Marek Abramowicz Wydział Fizyki Uniwersytetu w Góteborgu oraz Centrum Mikołaja Kopernika Polska Akademia Nauk w Warszawie dr Stanisław Bajtlik Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika Polska Akademia Nauk

Marta Kozłowska mgr Marek Krośniak Biblioteka Jagiellońska

mgr Rafał Bożek Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytet Warszawski

dr Małgorzata Luczyńska-Hołdys Instytut Anglistyki UW

mgr Joanna Burek Katedra Matematyki Stosowanej Politechnika Lubelska

Adrian Markowski

dr Michał Czerny

mgr Agata Przybysz

mgr Beata Dąbrowa-Kość

mgr Magdalena Richter Instytut Biochemii i Biofizyki PAN

Marek Penszko

dr Mikołaj Golachowski /w.Zl^',

Prezes Zarządu Maciej Makowski Kolportaż Firma 2M Magdalena i Marek Szwed ul. Garażowa 7, 02-651 Warszawa tel. 22 607 79 10 [email protected] Druk QuadAVinkowski Sp. z o.o. ul. Okrzei 5, 64-920 Pita Nakład 35 000 egz. INDEKS 378194 ISSN 0867-6380 Copyright © Prószyński Media 2011 Wszystkie prawa zastrzeżone (łącznie z tłumaczeniem na języki obce). Żaden fragment niniejszego wydania nie może być wykorzystany w jakiejkolwiek formie - fotokopii, mikrofilmu czy innych reprodukcji ani przekładany na język mechaniczny bez pisemnej zgody wydawcy SCIENTIFIC AMERICAN jest zastrzeżoną nazwą handlową należącą do Scientific American, Inc. w Nowym Jorku i używaną przez firmę Prószyński Media na podstawie umowy licencyjnej.

SCIENTIFIC AMERICAN Editor in Chief: Mariette DiChristina Board of Editors: Fred Guterl, Ricki L. Rusting, Philip M. Yam, Gary Stix Editors: Davide Castelvecchi, Mark Hschetti, Chhstine Gorman, Anna Kuchment, Michael Moyer, George Musser, Kate Wong Contributing Editors: Mark Alpert, Steven Ashley,

mgr Paulina Klimentowska dr Ewa Kozłowska Zakład Immunologii Wydział Biologii Uniwersytet Warszawski

dr Weronika Śliwa Niebo Kopernika

Andrzej Hołdys dr n. med. Tomasz Jagielski Zakład Mikrobiologii Stosowanej Instytut Mikrobiologii Wydział Biologii UW

dr Berenika Targos dr hab. Jarosław Włodarczyk Instytut Historii Nauki Polska Akademia Nauk

lek. med. Władysław Januszewicz mgr farm. Patrycja Klimek-Wierzbicka Katedra Biochemii i Chemii Klinicznej Wydział Farmaceutyczny Warszawski Uniwersytet Medyczny

Magda Zawadzka NKJO Radom mgr Marta Żylicz

Promocja: Marta Rendecka, tel. 22 607 77 83, e-mail: [email protected] Biuro Reklamy: Joanna Piasecka, tel. 22 607 77 86, e-mail: [email protected] Prenumerata indywidualna - reklamacje: Biuro Obsługi Klienta Prószyński Media Sp. z o.o. - telefonicznie (w godzinach 8.00-17.00): 22 607 78 27 - faksem, z dopiskiem „Prenumerata": 22 849 40 60 - listownie, pod adresem: Prószyński Media Sp. z o.o., ul. Garażowa 7, 02-651 Warszawa - elektronicznie: [email protected]

3Sa ;UIP „J"" Bi

M.HMIIK

f "

1.

Cytargttwi V, *| BELGIA/HOLANDIA

BRAZYUA

:

fj£H - .

r£"-t-J

CHINY

CZECHY

SCIENTIFIC AMERICAN na świecie

Graham P. Collins, John Rennie, Sarah Simpson Design Director: Michael Mrak President: Steven Inchcoombe Vice Presidents: Bruce Brandfon, Michael Florek, Michael Voss SCIENTIFIC AMERICAN 75 Varick Street, 9th Floor New York, NY 10013-1917

4 Świat Nauki, marzec 2011

Redakcja nie odpowiada za treść zamieszczanych reklam.

SKANER Czym żyje nauka

MEDYCYNA

D jak dawkowanie Nowa idea rezygnacji z suplementowania witaminą D wywołała ostre spory wśród specjalistów Lekarze w krajach strefy umiarkowanej od około 10 lat zalecają swoim pacjentom przyjmowanie dodatkowych porcji witaminy D. Wielokrotnie wykazano bowiem, że jej wysoka podaż (znacznie przewyższająca uzy­ skiwaną z typowej diety i ekspozycji na słońce w tych rejonach) koreluje z rzadszym występowaniem chorób przewlekłych, w tym nowotworów oraz cukrzycy typu 1. Nietrudno więc zrozumieć konsternację, jaką wywołał Institute of Medicine, doradzający amerykańskiemu rządowi w sprawach polityki zdrowotnej, gdy w listopadzie ub.r. ogłosił, że suplementy z wita­ miną D są Amerykanom na ogół niepotrzebne, a nawet mogą szkodzić. Stwierdzenie to ujawniło głęboki podział wśród specjalistów ds. żywie­ nia. Jedni utrzymują, że akceptowalnym w nauce kryterium jest tylko wy­ nik randomizowanego badania klinicznego, pozwalającego bezpośrednio porównać efekty określonej interwencji medycznej ze skutkami uznanej terapii lub podawania placebo. Taki pogląd podziela większość członków zespołu oceniającego suplementację witaminy D. „Badania do­ starczają zazwyczaj dowodów naukowych o największej war­ tości" - napisali w swoim raporcie i konsekwentnie wyliczyli dawki jedynie na podstawie danych pochodzących z prób klinicznych. W analizach nie uwzględnili jednak wielu badań obser­ wacyjnych, w których naukowcy porównywali stan zdrowia populacji przyjmujących duże dawki witaminy D (w natural­ nej diecie lub w suplementach) oraz spożywających jej małe ilo­ ści. Badania epidemiologiczne tego typu mają teoretycznie mniejszą wagę od klinicznych, ponieważ bazują na obserwacjach w warunkach, w których niemożliwa jest kontrola wszystkich zmiennych mogących wpływać na wy­ nik. Naukowcy kompensują brak tego nadzoru liczebnością grupy - w nie­ których badaniach nad witaminą D monitorowano nawet 50 tys. osób oraz analizami statystycznymi. Wyniki tych prac wskazują, że duże dawki witaminy D są na ogól korzystne. Raport Instytutu sprawił, że niektórzy lekarze ostro skrytykowali próby kliniczne. Zwrócili uwagę, że w żywieniu trudno uzyskać prawdziwą grupę placebo - bo niełatwo zapobiec przyjmowaniu dodatkowych dawek witami­ ny D przez pacjentów z grupy kontrolnej, jeśli jedzą oni normalne posiłki i nie unikają słońca, co może prowadzić do niedoszacowania korzyści z suplementacji. Ponadto trudno oddzielić efekt działania jednej witaminy lub składnika mineralnego od wpływu wielu innych obecnych w diecie, ponie­ waż często działają one wspólnie. „Uznawanie za miarodajne tylko wyni­ ków randomizowanego badania klinicznego jest błędne" - uważa Jeffrey Blumberg, farmakolog z Tufts University. Ciąg dalszy tej historii nastąpi zapewne wiosną, kiedy to własne wytycz­ ne ogłosi Endocrine Society. Organizacja ta zaleca obecnie wyższe stężenia witaminy D we krwi niż Instytut - 30 ng/ml, a nie 20 ng/ml - a to już wy­ maga suplementacji. Będziemy informować o dalszym rozwoju wypadków. Melinda Wenner Moyer

6 Świat Nauki, marzec 2011

SKANER ONKOLOGIA

Od razu rak IMMUNOLOGIA

Najeźdźcy czy strażnicy? Pasożyty jelitowe mogą chronić przed zapaleniem okrężnicy, astmą oraz innymi dolegliwościami Do lunchu w kafejce University of California w San Francisco zasiedli w 2007 roku immunolog P'ng Loke oraz pewien pa­ cjent potrzebujący pomocy w udokumentowaniu swojej cho­ roby. Połączyło ich niecodzienne zainteresowanie pasożytami kolonizującymi jelito człowieka, 35-letni gość Loke'a (nie zgodził się na ujawnienie swojej toż­ samości) wyjaśnił, że cierpi na wrzodziejące zapalenie jelita gru­ bego. Kilka lat wcześniej, poszukując informacji na temat swoich dolegliwości, natknął się na opisy leczenia pasożytami, niezaakceptowanego jeszcze przez Agencję ds. Żywności i Leków (FDA - Food and Drug Administration), ale wnikliwie badanego przez gastroenterologów i parazytologów. Polegało ono na próbie zła­ godzenia przebiegu choroby autoimmunologicznej za pomocą celowego zakażenia pacjenta pasożytniczymi robakami, takimi jak tęgoryjec dwunastnicy czy włosoglówka. Robaki te bowiem, jak się zdaje, pacyfikują ludzki układ odpornościowy, by prze­ żyć wewnątrz organizmu. W licznych badaniach na zwierzętach rzekomo chroniły gryzonie przed rozmaitymi schorzeniami im­ munologicznymi, w tym zapaleniem jelita grubego, astmą, reu­ matoidalnym zapaleniem stawów, alergiami pokarmowymi oraz cukrzycą typu 1. Mężczyzna stwierdził, że mógłby odnieść korzy­ ści z takiej terapii, i w 2004 roku zaczął łykać jaja włosoglówki, sprowadzane z Tajlandii. Trzy lata później po objawach choroby praktycznie nie było śladu. Prosił więc o pomoc w ustaleniu, czy przyczyniły się do tego pasożytnicze nicienie. Loke, wprawdzie bez entuzjazmu, ale się zgodził. Efektem była praca, którą niedawno, już gdy przeniósł się do New York University opublikował wraz ze współpracownikami w Science TranslationalMedicine. Sugeruje w niej, że włosoglówki rzeczy­ wiście działają korzystnie - wykonując kolejne badania kolonoskopowe, lekarze obserwowali, jak w skolonizowanych przez nicienie rejonach jelita ustępowały zmiany zapalne i owrzodze­ nia. A w wyniku analiz tkanki Loke stwierdził, że pasożyty mogą wywierać korzystny wpływ poprzez pobudzanie wytwarzania śluzu w jelicie grubym. Zapalenie tego narządu pojawia się bo­ wiem na skutek ataku układu odpornościowego na dobroczynne bakterie zasiedlające przewód pokarmowy i wiąże się ze zmniej­ szeniem produkcji śluzu. Dodatkowa jego ilość mogłaby wpły­ wać łagodząco na układ odpornościowy i zapobiegać zwalczaniu przez niego nieszkodliwych drobnoustrojów jelitowych. „To nie jest badanie z podwójnie ślepą próbą, ale zaobser­ wowany przebieg zmian wskazuje, że robaki pomogły temu pa­ cjentowi - mówi Joel Weinstock, gastroenterolog z Tufts University który zapoczątkował badania nad terapią pasożytami. - Najważniejsze w pracy jest wskazanie potencjalnego mecha­ nizmu jej działania - produkcji śluzu - co wcześniej właściwie zaniedbywano". FerrisJabr

Niekiedy do rozwoju nowotworu dochodzi w wyniku pojedynczego zdarzenia Już w szkole uczymy się, że nowotworzenie to powolny, trwający la­ tami proces stopniowej kumulacji błędów w komórce, która ostatecznie zaczyna dzielić się w niekontrolowany sposób.Teraz naukowcy dowodzą, że nie zawsze jest to prawda. Autorzy artykułu, który ukazał się 7 stycznia na tamach Celi, przeanali­ zowali genomy setek pacjentów cierpiących na różne rodzaje nowotwo­ rów, starając się uchwycić kolejno następujące mutacje DNA. Czasami okazało się to niemożliwe: zmieniony byt tylko jeden chromosom (lub fragmenty kilku do siebie przylegających), ale za to w kilkudziesięciu lub kilkuset miejscach. Wyglądało to tak, jakby podwójna helisa pękła na wiele kawałków, które maszyneria naprawiająca pośpiesznie posklejała na chybił trafił. Badacze postawili tezę, że do takich zniszczeń dochodzi na przykład pod wpływem promieniowania jonizującego, kiedy wysokoenergetyczna cząstka uderzy w komórkę, bądź też w wyniku nieprawidłowości w roz­ dziale chromosomów pod koniec podziału komórkowego. Oczywiście nie każde tego rodzaju masowe przetasowanie DNA pro­ wadzi do rozwoju nowotworu - zwykle jest śmiercionośne dla komór­ ki. Czasem jednak skutkuje nadmierną aktywacją tzw. protoonkogenów i/lub dezaktywacją genów hamujących transformację nowotworową. Jak wynika z opublikowanej analizy, ten ostatni scenariusz odpowiada za 2-3% wszystkich nowotworów, w tym za co czwarty mięsak tkanki kostnej. Marta Żylicz

m

GWUM

Nowy EX-H20G z Hybrydowym - GPS, 24 mm szerokokątnym obiektywem i 10 x zoomem optycznym - Najszybszy na świecie DSC wyposażony w Hybrydowy - GPS (GPS z Sensorem Ruchu do ustalania pozycji w wewnątrz i na zewnątrz obiektów) - Aktualna lokalizacja, zdjęcia i filmy są wyświetlane na mapie - Zawiera oprogramowanie Google Picasa na zupełnie nowe doświadczenie dzielenia się zdjęciami

^PicascfwebAibums Google earth

i Ul

600dl

•- 24 mm szerokokątny obiektyw dla imponujących zdjęć krajobrazu . - 10 x zoom optyczny z mechaniczną stabilizacją obrazu 14.1 mega piksel i 3.0" Super Clear LCD ' - Długa żywotność baterii* •' Filmy HD H.264 + wyjście HDMI •i Funkcja panoramy 360° • Single Frame SR Zoom

www.exilim.pl

*Do 600 zdjęć na jednym ładowaniu baterii (standard CIPA) gdy funkcja GPS jest wyłączona.

SKANER NAUKOWIEC W TERENIE

Ptaki moja miłość Mimo wojny i chaosu skromny, 32-letni ornitolog pogłębia wiedzę o skrzydlatych mieszkańcach Iraku Dorastałem w Bagdadzie, ale w week­ czajkę towarzyską. Każdej wiosny te mi­ endy mężczyźni z mojej rodziny - ojciec, grujące ptaki odlatują z Sudanu do swo­ brat, dziadek i ja - wyjeżdżali poza mia­ ich letnich siedzib w Kazachstanie. sto i polowali z sokołami. Sokolnictwo Obserwowanie ptaków w Iraku wyglą­ to sport przekazywany z pokolenia na po­ da inaczej niż w amerykańskich parkach kolenie, nadal go kocham. narodowych. Aby ruszyć w teren, muszę Jako dziecko fascynowałem się za­ uzyskać oficjalną zgodę policji i kilku róż­ równo drapieżnikami, takimi jak sokoły nych ministerstw. Po otrzymaniu wyma­ i inni skrzydlaci łowcy, jak i ich ofiarami, ganych zezwoleń, konwojowani przez 15 na przykład bojaźliwą, podobną do indyka żołnierzy, dotarliśmy do miejsca w pobli­ hubarą (na zdjęciu). Ptaki stały się moim żu Eufratu, gdzie wylądowały nasze czaj­ życiem. Rozwijam swoją pasję na Uniwer­ ki. Przeszukiwaliśmy okolicę przez 13 dni, sytecie Bagdadzkim, gdzie badam ekolo­ ale ptaki, zawsze bardzo ruchliwe w porze gię zagrożonych sokołowi innych ptaków migracji, zdążyły już przenieść się dalej. Miejsce to obrały sobie na od­ drapieżnych. Moje zajęcie wy­ STATUS _ poczynek nie tylko czajki, lecz maga podróżowania po całym _ także działająca w Iraku Al-KaiIMIĘ I NAZWISKO kraju, nawet tam, gdzie wciąż Omar Fadhil da. Kilka miesięcy później jej jest bardzo niebezpiecznie STANOWISKO dwaj długo poszukiwani przy­ i nadal trwa wojna. Magistrant na Wydziale wódcy zostali zabici w pobliżu Wiosną 2009 roku zosta­ Biologii i nauczyciel strefy naszych poszukiwań. laboratoryjny, łem wezwany przez grupę, Uniwersytet Bagdadzki z którą współpracuję, w oko­ Za każdym razem, gdy ru­ MIEJSCE lice Tikrit, rodzinnego domu szam w teren, mieszkańcy wio­ Bagdad, Irak Saddama Husajna. Zespól ten sek pytają: „Co ty tu, do diabła, za pomocą nadajników GPS i radiowych robisz?". Nigdy pierwszy się do nich nie śledzi krytycznie zagrożony gatunek - odzywam. Zamiast tego wyciągam lornet-

9 kę, ustawiam statyw aparatu i wyjmuję książki o ptakach. Pokazuję im rysunki okazów, których szukam, a jeśli to możli­ we, pozwalam im popatrzeć na nie przez lornetkę. Po jakimś czasie często się do mnie przekonują. Wskazują ptaki w książce i mówią: „tego widzieliśmy, a tamtego nie". Stają się moimi zwiadowcami. Po­ mimo wojny znalazłem sześć nowych gatunków, które nigdy wcześniej nie były obserwowane w Iraku. Wysłuchał Gary Stix

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

Jeszcze jedna postać węgla Czysty węgiel może występować w rozmaitych postaciach. D ment, nanorurki, grafen (badania nad nim nagrodzono Noblem z zyki w 2010 roku) - wszystkie mają wyjątkowe własności fizyczne i chemiczne oraz znajdują różne zastosowania w technice. Jest co­ raz więcej dowodów na istnienie jeszcze innej, niezwykłej kryst licznej formy węgla, która może znaleźć zastosowanie do budo\ części mechanicznych, o twardości zmieniającej się w zależno: od wywieranego na nie nacisku. Tę nową alotropową odmianę węgla po raz pierwszy zaobser­ wowano w 2003 roku, gdy badacze poddali grafit (w którym sze­ ściokątne pierścienie węgla są ułożone w równoległych warstwach) działaniu wysokiego ciśnienia w temperaturze pokojowej. Pod wpływem tej „zimnej" kompresji grafit zaczął przyjmować formę hybrydową, pomiędzy grafenem a diamentem, jednak jego struktu­ ra nie została dokładnie poznana. Symulacje komputerowe wskazują, że taki skompresowany gra­ fit zawiera kryształy o sieci tetragonalnej, przestrzennie centrowa­ nej (bet - body-centered tetragonal), oraz nieznaną dotąd strukturę jednoskośną (nazwaną węgiel-M od określenia monoclinic - jed-

8 Świat Nauki, marzec 2011

noskośny). W węglu bet grupy czterech atomów tworzą kwadraty. Upakowane są one w formie uporządkowanych stosów, gdzie każdy kwadrat tworzy wiązanie z czterema innymi z warstwy powyżej i czterema z warstwy poniżej. Zespół Hui-Tian Wanga z Uniwersytetu Nankai w Tianjin w Chinach pokazał, że podczas „zimnej" kompresji przejście do węgla ie energii, co oznacza, że proces ten może Zespół japońsko-amerykański przeprowadził również symula­ cję, w której węgiel tetragonalny dał obraz dyfrakcji rentgenowskiej zbliżony do tego z badań z 2003 roku. „Zgodność pomiędzy symu­ lacją a eksperymentem jest dość duża" - twierdzi Wendy L. Mao ze Stanford University, która uczestniczyła w tym wcześniejszym odkryciu. Wykazanie, czy węgiel bet istnieje i może zostać zsyntetyzowany w czystej postaci „pozostaje dla chemii eksperymentalnej wyzwaniem". DaWde Castelvecchi

SKANER KLIMATOLOGIA

Spór o chmury Jaki jest wpływ promieniowania kosmicznego na ziemski klimat? Chmury mogą powstawać pod proponowali obu stronom sporu wpływem promieniowania kosmicz­ przeprowadzenie doświadczenia. nego - potwierdzają doświadczenia Do synchrotronu protonowego prowadzone obecnie w CERN w ra­ wstawiono stalową komorę napeł­ mach projektu o nazwie CLOUD (Conioną gazami atmosferycznymi. smics Leaving Outdoor Droplets). Akcelerator strzela w nią cząstka­ W latach dziewięćdziesiątych duńscy mi osiągającymi energię podobną badacze Henrik Svensmark i Eigil Friisdo tej, jaką ma promieniowanie -Christensen rozpropagowali teorię, kosmiczne bombardujące ziemską według której obecne zmiany klima­ atmosferę. tyczne wynikają z wahań aktywności Od listopada 2009 roku prze­ Słońca, a nie z działalności człowieka. prowadzono trzy serie takich Dowodzili, że kiedy gwiazda słabnie, testów. Następne są planowane, gorzej chroni planetę przed promie­ ale w polowie grudnia 2010 roku niowaniem kosmicznym. Silniej joni­ Komora, w której odbywa się eksperyment CLOUD. podczas kongresu amerykańskiej zuje ono ziemską atmosferę, inicjując podczas transportu. Unii Geofizycznej Joachim Curpowstawanie chmur, które odcinają tius z Johann Wolfgang Goethe glob od ciepła słonecznego. Pogląd ten ma licznych zwolenników Universitat we Frankfurcie nad Menem ujawnił, że po włącze­ i jeszcze liczniejszych przeciwników wskazujących, że w ostatnich niu synchrotronu w komorze wielokrotnie obserwowano po­ dekadach XX wieku wahania aktywności Słońca miały niewielki wstawanie jąder kondensacji i kropelek wody. Szczegóły badań Andrzej Hołdys wpływ na ziemski klimat. Kilka lat temu naukowcy z CERN za- poznamy dopiero za 2-3 lata.

FABRYKA INŻYNIERÓW

\

Człowiek - najlepsza inwestycja Wzmocnienie i rozwój potencjału dydaktycznego uczelni oraz zwiększenie liczby absolwentów kierunków o kluczowym znaczeniu dla gospodarki opartej na wiedzy - to działania, które Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie rozwija dzięki realizacji projektu "Fabryka inżynierów" współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Fundusz Społecznego.

• Kursy wyrównawcze dla studentów AGH z matematyki

Rozszerzenie programu na kierunku Socjologia oraz

i fizyki - BEZPŁATNE

przygotowanie programów na nowym kierunku

Utworzenie nowego makrokierunku Ceramika

Kultur oz nawstwo i Wzmocnienie współpracy Uczelni z przedsiębiorstwami

• Rozszerzenie programu na istniejących studiach

sektorów pozyskiwania i przetwórstwa surowców

międzykierunkowych Inżynieria Akustyczna

mineralnych

Rozszerzenie programu na istniejących kierunkach Metalurgia, Inżynieria Materiałowa i Edukacja

Utworzenie nowej specjalności Pomiary technologiczne

Techniczno-lnformatyczna

i biomedyczne na kierunku Elektrotechnika

9

KAPITAŁ LUDZKI NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

i

AGH

www.fi.agh.edu.pl

UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ SPOŁECZNY

SKANER ZAGADKA Śmiercionośny plastik: Duża część z 260 min ton tworzyw sztucznych zużywanych przez nas co roku trafia do oceanów, oddziałując na życie akwenów mor­ skich. W północnej części Oceanu Spokojnego dryfuje utworzona przez te odpadki wyspa - Wielka Pacyficzna Plama Śmieci. W ciągu ostatnich dwóch lat fotografik Chris Jordan dokumentował wpływ, jaki plastikowe odpady mają na przyrodę Atolu Midway położonego na północny zachód od archipelagu Wysp Hawajskich. Jest to liczący około 8 km2 obszar będący siedliskiem albatrosów, największych ptaków latających. Dorosłe osobniki często biorą kolorowe odpadki za pożywienie i karmią nimi swoje potomstwo, co może prowadzić nawet do śmierci młodych. „Co kilkanaście kroków napotyka się tu szczątki ptaków w różnych stadiach rozkładu" - mówi Jordan, który fotografuje martwe pisklęta i zawartość ich żołądków: zakrętki od bute­ lek, pokrywki opakowań, zapalniczki i inne plastikowe drobiazgi. Ann Chin

FIZYKA

Niesforne oddziaływania Czy grawitacja miesza w elektromagnetyzmie? Niemal każdy artykuł poświęcony unifikacji oddziaływań zaczyna się od stwierdzenia, że einsteinowska ogólna teoria względności i fizyka kwantowa są nie do pogodzenia. Pierw­ sza opisuje grawitację, druga - elektromagnetyzm i siły jądro­ we, ale żadna nie zajmuje się i tym, i tym, dlatego fizycy muszą poruszać się w świecie teorii przedzielonym głęboką szczeliną, To wdzięczny temat do gazety, ale nie oddaje prawdy. „Wszyscy powtarzają, że mechanika kwantowa i grawitacja nie pasują do siebie - są niekompatybilne - wyjaśnia John F. Donoghue z University of Massachusetts w Amherst. - I ciągle słyszymy to samo, chociaż to nieprawda". Słynny fizyk Richard Feynman w latach sześćdziesiątych zaproponował zgrabną kwantową teorię grawitacji. W dużej mierze przypomina ona kwantowe teorie innych oddziaływań. Podobnie jak w elektromagnetyzmie fotony pośredniczą w od­ działywaniu na odległość, tak w grawitacji rolę tę odgrywają cząstki zwane grawitonami. Różnica polega na tym, że elektro­ magnetyzm zachowuje się z grubsza w ten sam prosty sposób niezależnie od skali - zmienia się jedynie wielkość działają­ cej siły. Inaczej jest z grawitacją, która staje się coraz bardziej skomplikowana, gdy odległości maleją. Wskazuje to, że obecne teorie doprowadzą w końcu do kolejnej, głębszej, takiej jak teo­ ria strun lub pętlowa grawitacja kwantowa. Ale to „w końcu" jest tak daleko, że zwykle można pominąć komplikacje zwią­ zane z grawitacją w mikroskali. W latach dziewięćdziesiątych Donoghue oraz inni fizycy przyjęli teorię Feynmana za model roboczy, tzw teorię efektywną. Chociaż nie jest ona z pewno­ ścią ostatnim słowem, to pozwala częściowo zasypać rozpadlinę między grawitacją a innymi oddziaływaniami, przynajmniej dla dużych oraz średnich odległości. W 2006 roku Sean P. Robinson i Frank Wilczek z Massachu­ setts Institute of Technology skorzystali z teorii efektywnej, aby sprawdzić, czy grawitacja wpływa na zależność sil od odległości.

10 Świat Nauki, marzec 2011

Jeżeli grawitacja nie miałaby tu znaczenia, to oddziaływania elek­ tromagnetyczne powinny mieć wartość równą silom jądrowym w jednym zakresie odległości, a w innym - wartość równą gra­ witacji. Robinson i Wilczek podejrzewali, że grawitacja osłabia pozostałe siły i sprawia, że w pewnej skali ich wartości są porów­ nywalne. Pomysł nie wypalił, ale sprawił, że inni również zaczęli zastanawiać się, jak wpływają na siebie różne oddziaływania. W listopadzie ubiegłego roku David J. Toms z Newcastle University w Anglii opublikował pracę, w której przekonywał, że nawet jeżeli grawitacja nie zrównuje wszystkich oddziaływań, to przynajmniej pozwala pogodzić elektromagnetyzm z silami jądrowymi. Jeżeli zaniedbać grawitację, to siły elektromagne­ tyczne rosną wraz ze zmniejszaniem się odległości, a siły jądro­ we słabną. Uwzględnienie grawitacji osłabia elektromagnetyzm i sprawia, że dla najmniejszych odległości zachowuje się on po­ dobnie jak siły jądrowe. Wilczek nazwał pracę Tomsa „godną uwagi". Jednak mniej więcej w tym samym czasie Donoghue i jego doktoranci Mohamed M. Anber oraz Mohamed El-Houssieny zakwestionowali proponowane w niej wyjaśnienie. Chociaż grawitacja bez wąt­ pienia w ten czy inny sposób wpływa na pozostałe siły, to wąt­ pliwe, by efekt ten ograniczał się do zmiany wielkości oddzia­ ływania. Skomplikowany charakter grawitacji powinien mieć wpływ na inne siły. Fakt, że fizycy wyciągają aż tak różne wnioski, bierze się po części stąd, że obliczenia są niezmiernie złożone i nikt jesz­ cze nie wie, jak należy je interpretować. „Bardzo chciałbym stwierdzić, że rozumiem, co się dzieje, ale, niestety, tak nie jest" - przyznaje Toms. Parafrazując odkrywcę jądra atomowego Er­ nesta Rutherforda: fizyk nie może uznać, że coś rozumie, jeśli nie potrafi w prostych słowach wytłumaczyć tego barmanowi. Teoretycy zajmujący się kwantową grawitacją mają szczęście, George Musser że barmani to zwykle bardzo cierpliwi ludzie.

SKANER CHEMIA

Aromatyczność w liczbach Indeks HOMA pomaga precyzyjnie zdefiniować aromatyczność Dzisiejszą chemię czy medycynę trudno wyobrazić sobie bez związków aromatycznych. To liczna i bardzo ważna grupa, mają­ ca powszechne zastosowanie w przemyśle, przy produkcji leków, tworzyw sztucznych i barwników. Występują w organizmach ży­ wych, pełniąc różne, istotne funkcje - przykładowymi związka­ mi aromatycznymi są zasady azotowe tworzące nić DNA. Aromatyczność ma wpływ na właściwości fizyczne, che­ miczne oraz biologiczne cząsteczki poprzez zmiany jej struktu­ ry geometrycznej. Jednak zdefiniowanie tego terminu sprawia mnóstwo problemów. Mimo że jest jednym z najczęściej uży­ wanych w chemii organicznej pojęć, nie ma jednej precyzyj­ nej definicji - aromatyczność nie jest bowiem wartością bez­ pośrednio mierzalną. Naukowcy często porównują określanie jej do opisywania piękna - każdy potrafi powiedzieć, czy rzecz bądź osoba mu się podoba, ale nie istnieje definicja jednoznacz­ nie wskazująca cechy klasyfikujące. Możemy przyjąć jakieś kry­ teria, stwierdzić, że warunkiem koniecznym do bycia pięknym są regularne rysy twarzy i figura o określonych proporcjach. Podobnie sprawa się ma z aromatycznością. Ustalono, że cy­ kliczny, sprzężony układ pi-elektronowy (warunek konieczny) może być aromatyczny, jeśli spełnia następujące kryteria: - energetyczne - określenie tzw energii rezonansu, czyli minimalnej energii koniecznej do przekształcenia cząsteczki o zdelokalizowanych wiązaniach w cząsteczkę o identycznej liczbie atomów, ale o wiązaniach w pełni zlokalizowanych. Delokalizacja elektronów w cząsteczce oznacza, że nie można ich przypisać do konkretnego wiązania pomiędzy dwoma atoma­ mi; elektrony są wspólne dla większej grupy atomów i to wła­ śnie one odpowiadają za własności aromatyczne; - geometryczne - związki aromatyczne powinny mieć wią­ zania zbliżonej długości. Do niedawna uważano, że muszą być przy tym płaskie, jednak można znaleźć przykłady związków ([6]radialen), które są płaskie i mają wszystkie wiązania iden­ tycznej długości, ale nie są aromatyczne. Istnieją również niepłaskie związki aromatyczne ([njpirenofany czy heli ceny); - magnetyczne - prostopadłe przyłożenie pola magnetycz­ nego do cząsteczki mającej zdelokalizowane elektrony indu­ kuje przepływ prądu kołowego. Im większa delokalizacja, tym silniejszy prąd. W widmie NMR (magnetycznego rezonansu jądrowego) również widać charakterystyczne sygnały; - reaktywnościowe - zachowanie elektronów pi. Związki aro­ matyczne łatwiej ulegają reakcji podstawienia (nieangażującej elektronów pi) niż przyłączenia, która wymusza ich lokalizację. Jak widać, zakwalifikowanie związku do kategorii „aroma­ tyczny" może sprawiać trudności, gdyż oparte jest na arbitral­ nych kryteriach. Pomocny okazał się tu indeks HOMA (Har­ monie Oscillator Model of Aromacity) opracowany przez prof. Tadeusza Marka Krygowskiego, który otrzymał za to na­ grodę zwaną Polskim Noblem. HOMA pozwala określić, w jakim stopniu dany związek jest aromatyczny, głównie na podstawie kryterium geometrycznego, jednak aromatyczność wg tego in­ deksu najczęściej bardzo dobrze koreluje z pozostałymi kryteria­ mi, co zostało wykazane w licznych publikacjach naukowych.

r 2 HOMAę definiuje się wzorem: 1 - ya/nl(d t - d(.) gdzie: n - liczba wiązań chemicznych w potencjalnie aromatycz­ nym fragmencie; d t - zoptymalizowana długość wiązania, przy którym następuje pełna delokalizacja elektronów (np. dla wiąza­ nia C-C wynosi ona 1,388 A, a C-N, występującego w pirydynie - 1,334A); dj - długość wiązania uzyskana doświadczalnie (zwykle na podstawie dyfrakcji elektronowej lub neutronowej na mono­ krysztale) bądź wynikająca z obliczeń teoretycznych; a - współ­ czynnik normalizacyjny dobrany tak, by osiągnąć wartość 1 dla układu w pełni aromatycznego i 0 dla niearomatycznego. HOMA zakłada stuprocentową aromatyczność (= 1) benzenu z pełną delokalizacja elektronów i zeroprocentową aromatyczność izoelektronowego z nim cykloheksatrienu (cykloheksatrien jest teoretyczną strukturą Kekulego, w której na przemian występuje wiązanie podwójne i pojedyncze - czyli wszystkie elektrony są zlo­ kalizowane), przy czym dopuszcza wyjście poza przedział . Zaletą indeksu HOMA jest możliwość określania stopnia aromatyczności nie tylko węglowodorów cyklicznych, lecz także związ­ ków heterocyklicznych, jonów, a nawet fullerenów Mimo że in­ deks HOMA został opracowany prawie 40 lat temu, znakomicie opisuje też niedawno odkryte związki. Paulina Klimentowska

SKANER CHOROBY ZAKAŹNE

Magnetyzm grypy Gigantyczne urządzenie ujawnia mechanizmy lekoopomości epidemicznego wirusa Coraz częstsza oporność wirusa grypy na dwa podstawowe leki utrudnia postępowanie lekarzom i frustruje farmakologów. Po­ może im 900-megahercowy magnes. Dzięki temu 40-tonowemu kolosowi biochemicy z Florida State University oraz Brigham Young University uzyskali obrazy, które z atomową rozdzielczością pokazują, w jaki sposób wirus grypy unika zniszczenia, oraz wskazują nowe drogi poszukiwania leków. Badacze skupili się na białku M2 z powierzchni drobnoustroju, kluczowym w replikacji wirusa typu A, do którego należą szczepy pandemiczne. Mutacje genu kodują­ cego M2 uodporniają patogen na amantadynę oraz rymantadynę, dwa najczęściej stoso­ wane leki. Oba skutecznie hamowały szlak metaboliczny związany z M2, nie pozwalając na reprodukcję zarazka w komórce gospo­ darza, jednak zmiany konformacyjne białka M2 umożliwiły wirusowi przełamanie bloka­ dy. W 2006 roku Centers for Disease Control and Prevention (CDC) zaleciły zaprzestanie stosowania obu leków. I choć mechanizm oporności na nie był w zarysach znany już od dłuższego czasu, jego szczegóły oraz funk­ cja M2 pozostawały niejasne. Przełom przyniosło zastosowanie techniki zwanej spektro­ skopią magnetycznego rezonansu jądrowego w fazie stałej (SS NMR), pokrewnej znanemu z medycyny obrazowaniu metodą jądrowego rezonansu magnetycznego (MRI). Obie techniki ba­ zują na oddziaływaniu pola magnetycznego ze spinami jąder atomowych (spin można sobie w uproszczeniu wyobrazić jako wirowanie jądra wokół własnej osi). W klasycznym MRI za po­ mocą silnego magnesu wymusza się ujednolicenie ustawienia

spinów jąder wodoru (który współtworzy wodę, niemal wszech­ obecną w organizmie człowieka), potem zaś rejestruje się ich powrót do nieuporządkowanego stanu. Czas tego powrotu za­ leży częściowo od wielu oddziaływań z sąsiednimi atomami, za­ tem jest inny dla każdej tkanki ze względu na jej skład. Białko M2 leży jednak w błonie komórkowej, w warstwie tłuszczów, gdzie nie ma wody. Dlatego do jego badania po­ trzebna jest odmienna technika. SS NMR pozwala manipulować spinami jąder in­ nych pierwiastków, umożliwia więc badanie obiektów bezwodnych, a także ich zamraża­ nie, co ułatwia obserwacje. TimothyA. Cross i jego współpracownicy z Florida State University skupili się na ją­ drach azotu i ustalili, że M2, mające postać obustronnie otwartego kanału, jest aktywne w środowisku kwaśnym. Kluczowe są przy tym dwa aminokwasy: histydyna i tryptofan. Histydyna przenosi protony ze środo­ wiska komórki do wnętrza wirionu, tryptofan zaś działa jak otwierająca się przed nimi furtka. Transport protonów jest warunkiem rozpoczęcia replikacji drobnoustroju. Mechanizm ten, opisany na lamach Scien­ ce, jest całkowicie unikatowy. „Może więc uda się nam zaprojek­ tować lek ukierunkowany na jego blokowanie" - ocenia Cross, wskazując jednocześnie, że całkowita zależność wirusa od białka M2 może znacznie utrudnić powstanie mutacji warunkujących niewrażliwość na taki środek. Badacz i jego zespół już rozpoczęli testy różnych związków chemicznych pod kątem ich wykorzystania przeciw wirusowi Jessica Wapner gryPY-

Winna zima Ekspozycja na światło dzienne może tłumaczyć związek między chorobami umysłowymi a porą narodzin Ostatnio pojawiło się kilka badań wskazują­ cych, że dzieci urodzone zimą są bardziej podatne na pewne choroby, takie jak schizo­ frenia, depresja i sezonowe zaburzenia afektywne (SAD - depresja sezonowa). Jedno z nich może wyjaśniać przyczynę: ekspo­ zycja na światło dzienne, której poddawano mysie noworodki, wpływała na regulację kluczowych genów zegara biologicznego.

12 Świat Nauki, marzec 2011

Badacze z Vanderbilt University i Uniyersity of Alabama w Birmingham hodowali jedną grupę młodych myszy w warunkach „zimowych" (8 h światła słonecznego), a drugą w „letnich" (16 h światła). Gdy zwierzęta dorosły, kolejne cztery tygodnie trzymano je w takich samych warunkach lub tych ustalonych dla drugiej grupy. W porównaniu z „letnimi" myszami u „zimowych" zegar biologiczny ustawiał się na krótsze okresy bez względu na to, jak

długa była późniejsza ekspozycja na świa­ tło. Zaobserwowano też, że myszy „zimo­ we" przejawiały większą aktywność w nocy, podobnie jak pacjenci z SAD, co wskazuje, że ich zegary nie były tak dobrze dostoso­ wane do pory dnia. Nie znaczy to jednak, że należy natych­ miast kupić do pokoju dziecinnego lampę UV. Badacze wciąż analizują jaki wpływ mają okresowe zmiany długości dnia na ludzi. Melinda Wenner Moyer

MERSy

^OVl«*

POLICZ SAM

4¾¾¾ ^ ¾

Dlaczego jesteśmy prawdopodobnie mniej popularni od naszych znajomych