Új magashõmérsékletû szupravezetõ család
Új szupravezetõ anyagcsaládot fedeztek fel japán és kínai kutatók. Az elsõ magas hõmérsékleten szupravezetõ anyag 1986-ban történt felfedezése óta ez az elsõ nagy áttörés. J. Georg Bednorz és Karl Alexander Müller 1986. szeptemberben jelentette be, hogy lantán-bárium-réz-oxid kerámia anyaguk 35 kelvinen (-238 °C) szupravezetõként viselkedik. A mai 138 kelvines csúcsot tartó anyag talliummal adagolt higany-bárium-kalcium-réz-oxid, 1993-ban állították elõ elõször. A korábbi magas hõmérsékletû szupravezetõ anyagok mindegyikében van réz-oxid; az újakban nincs.
Február 27-én publikálta Hosono Hideo (Tokiói Mûegyetem) és kutatócsoportja, hogy lantán-oxigén-fluor-vas-arzenid anyaguk 26 kelvinen szupravezetõ (Journal of the American Chemical Society). A hõmérséklet lényegesen alacsonyabb a más anyagokkal elért csúcsoknál, de az anyag összetétele alapvetõen eltér a korábbiaktól. A kínai Hefei egyetemén dolgozó Csen (Chen) X. H. és munkatársai március 25-én 43 kelvinen értek el szupravezetést oxigén-fluor-vas-arzenid anyaggal. Három nappal késõbb már 52 kelvin volt a csúcs, prazeodímium-oxigén-fluor-vas-arzenid vegyülettel, majd április 13-ára kimutatták, hogy ez a kristály 55 kelvinen lesz szupravezetõ, ha nyomás alatt növesztik. A csúcsjavítás, az új anyagok keresése folytatódik. A kutatókat közben az foglalkoztatja, hogy az új anyagcsaládban ugyanazok a fizikai folyamatok hozzák-e létre a szupravezetést, mint a réz-oxidos anyagokban, vagy valami más. A két anyagcsalád jelentõs hasonlóságot, de fontos különbségeket is mutat. A korábbi anyagok réz- és oxigénrétegeinek az újaknál a vas- és arzénrétegek felelnek meg. A szerkezet tehát hasonló, de a régi anyagokban a rézion egyetlen elektronja vándorolt, az újakban minden vasion két elektront ad. A régi és az új anyagok egyaránt rossz elektromos vezetõk, mielõtt szupravezetõvé válnának, mindkét anyagcsalád tagjai azonos mágneses tulajdonságokat mutatnak: antiferromágnesesek. Ha az derül ki, hogy az új anyagokban más mechanizmus rejtõzik a szupravezetés mögött, akkor jó esély adódhat arra, hogy megszülessen a magashõmérsékletû szupravezetés máig hiányzó elméleti magyarázata.
Cho, Adrian: Second Family of High-Temperature Superconductors Discovered. ScienceNOW Daily News, 17 April 2008.
J. L.
Öngyógyító gumi
Öngyógyító gumit alkottak francia vegyészek: a kettészakadt gumi széleit összeillesztve a darabok ismét összeforrnak egymással. A sikeres laboratóriumi kísérleteket követõen megkezdõdött a fejlesztés, a tudóscsoportot vezetõ Ludwik Leibler elõször könnyen javítható játékokat készítene az új anyagból.
A hagyományos gumi úgy viselkedik, mintha egyetlen folytonos és rugalmas molekulából állna, amelyben erõs kovalens kötések kapcsolják egymáshoz a részeket. Ha a gumidarab eltörik, a kémiai kötések véglegesen megszakadnak, nem lehet újraéleszteni õket. Leibler kutatócsoportja egyszerû, hétköznapi anyagokból indult ki, növényi olajok zsírsavaiból és karbamidból hozták létre az öngyógyító gumit. A zsírsavak és a karbamid reakciójaként egy kétlépéses folyamatban nitrogéntartalmú csoport kapcsolódik a zsírsavmolekulák végéhez. Ezek a nitrogéntartalmú csoportok savszármazékok, például amidok, amelyekben az –OH csoport helyére NH2 csoport lép, vagy imidek, amelyben az alapvegyület =O szerkezeti elemét =NH helyettesíti. A reakció során többféle molekula keletkezik, lesznek olyan zsírsavak, amelyekhez két, másokhoz három amid vagy imid csoport kapcsolódik. A molekulákat hidrogénkötések, hidrogénhidak kapcsolják egymáshoz.
Ebbõl a többféle molekulából álló keverékbõl nem lehet az eredeti gumihoz hasonló egységes felépítésû anyagot létrehozni. A tulajdonságok egy része mégis hasonló, például az új anyag is jelentõsen, eredeti hosszának akár ötszörösére is megnyújtható. A feszítõ hatás elmúltával ez is visszatér eredeti formájára, méretére, de az igazi gumitól eltérõen ez a visszaállás lassú, kb. egy percet vesz igénybe. Ha az új anyagot két részre vágják, akkor a szomszédos csoportokat összekötõ hidrogénkötések megszakadnak, szabaddá válnak a zsírsavmolekula végéhez kötõdõ amidok és imidek. Ezek viszont szeretnének ismét egy partnerhez kapcsolódni, ezért ha az anyag két darabját egymáshoz szorítják, akkor újra létrejönnek a kémiai kötések, újra felépülnek a hidrogénhidak. Minél hosszabb ideig érintkezik egymással a két darab, annál több elemi kapcsolat épül ki, annál erõsebben kapcsolódik egymáshoz a két darab, annál teljesebb lesz az öngyógyítás. Negyedóra elteltével már elvisel egy kétszeresre nyújtást az anyag, kissé hosszabbra nyújtva azonban elszakad, mégpedig az összeillesztés helyén. Laboratóriumi kísérletek szerint az öngyógyító folyamat, a molekulák közti újabb és újabb kapcsolódások kiépülése még 18 óra elteltével sem áll le.
Öngyógyító anyagot már korábban is létrehoztak, de azoknál vagy melegítésre, vagy komoly erõhatásra volt szükség az újbóli összekapcsolódáshoz. A francia kutatók gumija szobahõmérsékleten gyógyul, a darabokat elég csak finoman összeérinteni.
Cordier, Philippe et al.: Self-healing and Thermoreversible Rubber from Supramolecular Assembly. Nature. 21 February 2008. 451, 997–980.
Sanderson, Katharine: Self-healing Rubber Bounces Back. Naturenews. 20 February 2008. (doi:10.1038)
J. L.
„Fehér lyukkal” modellezik a fekete lyukat
A fekete lyuk tölcsérszerû gödör a téridõben, az eseményhorizonton túlhaladt fény vagy részecskék számára nincs visszatérés. A fehér lyuk hegy a téridõben, amely olyan meredek, hogy semmi sem tud felérni a csúcsára. A fehér lyuk eseményhorizontja ott van, ameddig a csúcsot meg lehet közelíteni. A fehér lyukak nem stabilak, nem léteznek a természetben.
Az eseményhorizontot folyó-hasonlattal is szokás szemléltetni. A folyóban halak úsznak felfelé, maximális sebességgel. Ahogy haladnak felfelé, a folyó egyre gyorsabban folyik szembe, egy ponton sebessége megegyezik a halakéval. Ez lesz a fehér lyuk eseményhorizontja, a halak ennél a pontnál nem tudnak továbbjutni. Thomas G. Philbin és munkatársai (St. Andrews Egyetem, Skócia) mikrostrukturált optikai kábelben lézerimpulzusokkal valósították meg a fehér lyuk eseményhorizontját. A kábelen elindított infravörös impulzus olyan intenzív volt, hogy megváltoztatta a fény haladási sebességét a kábelben. Az utána küldött második, kissé hosszabb hullámhosszú impulzus az elsõnél gyorsabban haladt elõre, majd azt utolérve lelassult, egy ponton megegyezett a két impulzus sebessége. Ezen az eseményhorizontnak megfelelõ ponton a második impulzus rövidebb hullámhosszúvá nyomódott össze, és az elsõ impulzusnál lassabban haladt tovább, vagyis nem tudott feljutni a „hegy csúcsára”.
A kísérletezõk következõ célja a Hawking-sugárzás kimutatása. A kvantumfizika szerint a fekete lyuk sem teljesen fekete, sugárzást bocsát ki. A vákuumban fotonpárok keletkeznek, a pár egyik tagja az eseményhorizonton belül, a másik kívül; utóbbi megmenekül, ezt jósolta meg Stephen Hawking 1975-ben. A gyenge sugárzás nem mutatható ki közvetlenül a mikrohullámú háttérsugárzás mellett, létezését még nem sikerült igazolni. A fehér lyuk analogonnak is sugároznia kell. A kábelben gyorsan változó sebességgel haladó fény részecskéket szabadít ki a vákuumból. Ezek gyenge, de a számítások szerint észlelhetõ sugárzást adnak. Ennek kimutatására, a Hawking-sugárzás észlelésére készülnek.
Philbin, Thomas G.: Fiber-Optical Analog of the Event Horizon. Science. 7 March 2008. 319, 1367–1370.
Cho, Adrian: Test of Hawking’s Prediction on the Horizon with Mock „White Hole”. Science. 7 March 2008. 319, 1321.
J. L.
Fényérzékelõ vak egerek
Tökéletesen vak egereket tettek egy génterápiás eljárás segítségével fényérzékelõvé svájci (Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research) kutatók az amerikai Harvard Medical School munkatársaival együttmûködve. A kutatási programot a jelenleg Bázelban dolgozó magyar neurobiológus, Roska Botond vezeti. A kezelt állatok nem csupán a fényt érzékelték, de bizonyos méretû mozgó mintázatokat is meg tudtak különböztetni.
Az egerekbõl teljesen hiányoztak a retina fényérzékelõ sejtjei, az ún. fotoreceptorok. Kórképük megfelel az emberi retinitis pigmentosa nevû, a fotoreceptorok pusztulásával járó betegségnek, illetve az idõskori vakságot okozó makuladegenerációnak.
A kutatók a fotoreceptorokkal nem rendelkezõ egerekben a retina következõ sejtrétegének sejtjeit, a fény intenzitását detektáló ún. bipoláris sejteket „tanítják” fény érzékelésére. A bipoláris sejteknek két típusa létezik: az ON, vagyis bekapcsoló sejtek mûködésbe lépnek, amikor megjelenik a fény, az OFF sejtek pedig fény hatására elhallgatnak. A vak egerekben ezek is mûködésképtelenek voltak, hisz a fényérzékelõ sejtektõl semmiféle információ nem érkezett hozzájuk.
Roska Botond kutatócsoportja egy fényre érzékeny algafaj egyik génjét építette a bekapcsoló sejtekbe; olyan gént, amely az alga fényérzékeny fehérjéjének termelõdését kódolja. Az ON bipoláris sejtekben így megindult az ún. ChR2 (channelrhodopsin-2) fehérje termelõdése. A sejtek így fényérzékeny-nyé váltak, fény hatására be tudtak kapcsolni, és képesek voltak üzeneteket küldeni az agynak. A kutatók a ChR2 gént úgy módosították, hogy csak az ON sejtekben tudjon mûködni, így az agy egyértelmû jeleket kapjon.
A tudósok megállapították, hogy a kezelt egerek agya – a kontrollcsoport tagjaival ellentétben – érzékeli a fényt, sõt viselkedéstesztekkel azt is bizonyították, hogy az egerek formák megkülönböztetésére is képesek. Méretek szempontjából a látásuk feleolyan jó, mint az egészséges állatoké, azaz kétszer akkora tárgyak érzékelésére képesek, mint az egészségesek.
Roska szerint remény van arra, hogy az eljárás embereken is alkalmazható lesz az említett két betegségcsoportban. Elmondta, hogy egy olyan génterápiás módszer fejlesztésén dolgoznak, amelynek során egy ártalmatlan vírusba építik be az alga „fényérzekenyítõ” génjét, és a vírus genetikai módosításával szeretnék elérni, hogy csak a bekapcsoló bipoláris sejtekben szaporodjon, így csak azokban termelõdjön fényre reagáló fehérje. Ám még évekre van szükség, hogy embereken is kipróbálhassák az eljárást. „Vak emberek számára már az is óriási dolog lenne, ha érzékelnék a fényt, vagy a nagyobb tárgyakat” – mondja Roska Botond.
Nature Neuroscience. 27 April 2008. | doi:10.1038/nn.2117
Nature. 25 April 2008. | doi:10.1038/news.2008.781
G. J.
Elkészült a kacsacsõrû emlõs genomja
Elolvasták a kacsacsõrû emlõs (Ornithorhynchus anatinus) örökítõanyagának teljes betûsorrendjét. A munkát egy nemzetközi kutatócsoport végezte Wesley Warren (Washington University, St. Louis) vezetésével. Nem véletlen, hogy a különleges állat, mely tojást rak, mint a madarak, szõre van, mint az emlõsöknek, és mérget termel, akár a kígyók, DNS-ében egyaránt találtak az õsi hüllõkre és az emlõsökre utaló jellegzetességeket.
Érdekes azonban, hogy a kacsacsõrû emlõs ivari kromoszómái sokkal inkább emlékeztetnek a madarak ivari kromoszómáira, mint az emlõsökéire. Megtalálható bennük az emberi ivari kromoszóma „õse” is, de nincs szerepe az állat nemének kialakításában.
A hím kacsacsõrû emlõsök hátsó lábain méregmirigyek vannak, melyek fájdalmat okozó, de veszélytelen anyagot termelnek. A méreg kémiailag hasonlít bizonyos kígyómérgekhez, a gének analízisébõl azonban arra a következtetésre jutottak, hogy ez a védekezõ mechanizmus egy, a hüllõktõl független evolúciós fejlõdés eredménye.
Meglepetés volt az is, hogy a kacsacsõrû emlõsben bizonyos, a szaglóhám egy speciális területén található receptorok száma jóval nagyobb, mint bármely más állatban. E receptorok jelenléte a kutyákat is igen eredményessé teszi a táplálék megtálalásában. A kutatók szerint ezek a gének arra engednek következtetni, hogy a víz alatt csukott szemmel úszó kacsacsõrû emlõs szaglását jelentõs mértékben tájékozódásra is használja.
Jenny Graves, a közlemény egyik ausztrál szerzõje szerint a kacsacsõrû emlõs genomjában lévõ információk megértése az emberi evolúció megértésében is segíthet. Szerinte ugyanis az ember és a kacsacsõrû emlõs DNS-ének összehasonlításával fontos információkhoz lehet majd jutni az emlõsök kialakulásáról és evolúciójáról.
Newscientist.com. 07. 05. 2008
Nature | doi:10.1038/nature06936
G. J.
Jéki László – Gimes Júlia