Zeptogrammok a mérlegen
A zeptogramm 10-21 gramm, a tizedesvesszÅ‘ után írt húsz nullát követi az elsÅ‘ értékes számjegy. Michael Roukes és munkatársai (Caltech) 30 xenonatom tömegét 7 zeptogrammnak találták. Parányi szilícium-karbid hidat készítettek, mindkét végéhez vezetéket csatlakoztattak. A hídon átfolyó áram, az elektromos töltések mozgásának hatására a híd oldalirányban kimozdul; megfelelÅ‘ visszacsatolással egyenletes rezgésbe hozható, a kísérletekben 139 és 190 megahertz frekvenciával dolgoztak. Ezután xenonatomokat permeteztek a hídra, a plusztömeg lelassította a híd rezgését, a rezgés megváltozásából számították ki a változást elÅ‘idézÅ‘ tömeget.
Gyors volt a fejlÅ‘dés a parányi tömegek mérésében. 2003-ban femtogrammos (10-15 gramm) szerves molekulákat mértek meg, 2004-ben érték el az attogramm (10-18 gramm) tartományt. Zeptogrammok mérése után Roukes két éven belül szeretne egyetlen hidrogénatomot mérlegére tenni, ez már a yoctogramm (10-24 gramm) tartomány. A mérési módszer alkalmas lehet biomolekulák tömegének meghatározására, egyedi molekulák mérésére szolgáló nanoméretű tömegspektrométert is lehet építeni. Vizsgálni lehet egy kiválasztott molekulában lezajló változásokat. A módszer alkalmas semleges molekulák tömegének meghatározására is.
Service, Robert F.: Tipping The Scales – Just Barely. Science. 5 May 2006. 312, 683.
Roukes, Michael et al.: Nano Letters. 4 April 2006.
J. L.
Aranylabdák
Két évtizede fedezték fel a szén új módosulatát, a fulleréneket. A hatvan szénatomot tartalmazó buckminsterfullerén alakja rögbilabdára és a Richard Buckminster Fuller amerikai építész által tervezett kupolaszerkezetekre emlékeztet, nevét ezekrÅ‘l kapta. Az elsÅ‘, a 60 szénatomos rögbilabda után hamarosan 70, 84, … 400 szabályosan elrendezÅ‘dÅ‘ szénatomból álló fulleréneket is találtak. Elméleti számítások szerint aranyatomokból is épülhetnek fel hasonló szerkezetek. Néhány tucat aranyatom a 60 atomos buckyballhoz hasonló szerkezetet vehet fel. Lai-Sheng Wang (Washington State University) és Xiao Cheng Zheng (University of Nebraska) húsz vagy annál kevesebb aranyatomot tartalmazó rendszereket vizsgált, és változatos formákra bukkant, volt köztük piramis alakú és sokszögletű kalitkát formázó is. Az aranylabdák, aranykalitkák belsejébe be lehet zárni valamilyen atomot, hasznos nanotechnológiai alkalmazások születhetnek.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Doi:10.1073/pnas.0600637103 (2006)
J. L.
Pillanatfelvétel molekulákról
A fény hatására induló kémiai változások (pl. növények fotoszintézise, látás a szemben) elsÅ‘ lépései rendkívül gyorsan lezajlanak. A fotont elnyelÅ‘ elektron a molekulában néhány femtoszekundum (fs, 10-15 másodperc) alatt átrendezÅ‘dik. A kémiai gyakorlat szempontjából nézve az elektronátmenet ideje alatt a molekula atomjai változatlanok maradnak, de a kvantummechanika szerint nem lehetnek nyugalomban. ElsÅ‘ ízben sikerült megfigyelni az atomok mozgását az „attotudomány†módszereinek bevetésével. (Az attoszekundum a femtoszekundum ezredrésze, 10-18 másodperc, attotudománynak a látható fény egyetlen periódusánál (kb. 2 fs) rövidebb idÅ‘skálán végzett vizsgálatokat nevezik.) A kísérletben az eredeti lézerfrekvencia magas harmonikusát használták a molekulán belüli mozgások nyomon követésére. A lézertér elhúz egy elektront a molekulától, majd a tér megfordultával az elektron visszatér, foton lép ki. A foton energiája a visszatérÅ‘ elektron mozgási energiájától, az elektron energiája pedig az eltávozás és a visszatérés idÅ‘pillanatától függ. A módszerrel rekonstruálni tudták a molekula mozgását az ionizáció utáni elsÅ‘ femtoszekundumokban. A technika alkalmazásának az idÅ‘ rövidsége szab határt, csak a legkönnyebb atomok mozdulnak el femtoszekundum alatt kimutatható mértékben, ilyen a fotokémiai reakciókban fÅ‘szerepet játszó hidrogén.
Bucksbaum, Philip H.: The First Femtosecond in the Life of a Chemical Reaction. Science. 21 April 2006, 312, 373-374.
Baker, Sarah et al.: Probing Proton Dynamics in Molecules on an Attosecond Time Scale, Science. 21 April 2006, 312, 424-427.
J. L.
Új exobolygórendszer
A Neptunuszhoz hasonló tömegű bolygókból álló hármas rendszert fedeztek fel egy, a Naphoz hasonló csillag körül. Eddig több mint 180 exobolygó, idegen naprendszerbeli bolygó vált ismertté, számuk gyorsan nÅ‘. Az eddig megismert exobolygók a Jupiter, Szaturnusz, Uránusz és a Neptunusz mérettartományába esnek. Az eddig megismert 17 exobolygó-rendszer mindegyikében volt egy vagy több, a Jupiteréhez hasonló tömegű óriási gázbolygó. A most felfedezett rendszer az elsÅ‘, amelyben „csak†Neptunusz méretű bolygókat találtak. Naprendszerünkhöz hasonló rendszerek megismerését a mai mérési technikák nem teszik lehetÅ‘vé.
A HD 69830 jelű csillag körül felfedezett három bolygó tömege a Földének 10-18-szorosa. A csillag tömege a Napénak 86 %-a, idÅ‘s, fÅ‘sorozatbeli csillag. A bolygók csaknem kör alakú pályán keringenek, 1 csillagászati egységnél közelebb csillagukhoz (1 CSE a Föld-Nap távolság). A két belsÅ‘ bolygó valószínűleg túlnyomóan kÅ‘zetekbÅ‘l áll, míg a legkülsÅ‘ kÅ‘zet- vagy jégmagját jelentÅ‘s gáztakaró veszi körül. A legkülsÅ‘ bolygó a csillag lakható zónáján belül kering. A bolygók keringési ideje 8,67, 31,6, illetve 197 nap. Számítások szerint ez a rendszer dinamikailag stabil. Tavaly következtették ki, hogy a HD 69830 csillagnak kisbolygóövezete lehet. Az új megfigyelések fényében ez a kisbolygóövezet a két szélsÅ‘ bolygópálya közé eshet. A Naprendszerben a kisbolygók 2,6 csillagászati egység táján, a Mars és a Jupiter pályája között találhatók. A kisbolygóövezetek eltérÅ‘ elhelyezkedése arra utal, hogy a két bolygórendszer más-más módon alakult ki.
Ha a Földet akarná valaki a távolból az exobolygók észlelésére használt módszerrel felfedezni, akkor a mainál tízszer érzékenyebb mérési technikára lenne szüksége. A közeli csillagok viszont a Napnál kisebb tömegűek és hidegebbek, ezért van remény arra, hogy kis, Föld-szerű, a lakható zónába esÅ‘ kÅ‘zetbolygókat fedezzünk fel.
Charbonneau, David: A Neptunian Triplet. Nature. 18 May 2006, 441, 292–293.
Lovis, Christophe et al.: An Extrasolar Planetary System with Three Neptune-Mass Planets. Nature. 18 May 2006, 441, 305-309.
J. L.
Új holdacskák
A Cassini űrszonda felvételeit elemezve új holdak seregét fedezték fel a Szaturnusz egyik gyűrűjében, összesen akár 10 millió kis holdacska lehet a gyűrűkben. A felfedezés a gyűrűk keletkezésének két elmélet közül azt támasztja alá, amely szerint egy jeges hold esett szét darabokra üstökös vagy kisbolygó becsapódása után. (A másik elmélet a gyűrűket egy Å‘si anyagkorong maradványának tekinti, amelybÅ‘l a Szaturnusz és holdjai formálódtak.) A Voyager szonda felvételein az 1980-as évek elején az A gyűrűben kis, centiméteres-méteres méretű jeges részecskéket és két nagy holdat, a 10 km átmérÅ‘jű Pant és az 5 km átmérÅ‘jű Daphnist azonosítottak. A Cassini felvételein fedezték fel a közbensÅ‘ mérettartományba esÅ‘, 40-120 m átmérÅ‘jű testeket. A holdacskák körül propellerszerű alakzatok alakulnak ki, az egyik, a holdacskához közelebb esÅ‘ propellerben az anyagsűrűség kisebb, a másikban nagyobb az átlagosnál. A propellerek két hatás eredÅ‘jeként alakulnak ki: a gravitáció eltávolítja a részecskéket a holdacska közelébÅ‘l, részecskementes tér, hasadék alakul ki. A gyakori ütközések viszont a nagyobb sűrűségű tartományokból részecskéket szórnak a kiürült tartományba. Mindkét hatás függ a holdacska tömegétÅ‘l és az anyagsűrűségtÅ‘l. Korábban végzett modellszámítások feltételezték a propeller alakú eloszlások kialakulását. A darabokra esés és összetömörülés folyamatai valószínűleg most is zajlanak.
NASA News. 06-130 (March 29, 2006): Cassini Finds „Missing Link†Moonlet Evidence in Saturn’s Rings.
Spahn, Frank – Schmidt, Jürgen: Saturn´s Bared Mini-Moons. Nature. 30 March, 2006, 440, 614-615.
Tiscareno, Matthew S.: 100-metre-diameter Moonlets in Saturn´s A Ring from Observations of „Propeller†Structures. Nature. 30 March 2006, 440 648-650.
J. L.
HASZNOS ÉHSÉG
A ghrelin nevű étvágyhormon a szellemi képességekre is hatással van, legalábbis kísérleti állatokban – állítják a Yale School of Medicine kutatói. Ha a jelenség embereknél is igaznak bizonyul, új lehetÅ‘ségek nyílhatnak a szellemi leépüléssel járó betegségek, például az Alzheimer-kór kezelésében. Ugyanakkor felvetÅ‘dik az is, hogy jobb, ha a gyerekek nem teljesen jóllakottan mennek iskolába, mert éhesen hatékonyabb lehet a tanulás.
A ghrelin fÅ‘ként az üres gyomorban termelÅ‘dik, majd a vér az agyba, a hipotalamusz nevű éhségközpontba szállítja, ahol megkötÅ‘dik, és szerepe van az éhségérzet kiváltásában. Horváth L. Tamás és munkatársai észrevették, hogy ha kísérleti egereiknek ghrelint adtak, az állatok tanulási képessége és memóriája kb. 30-40 %-kal javult.
Horváthék olyan genetikailag módosított egereket is létrehoztak, amelyek szervezete nem termelte az említett étvágyhormont. Ezek az állatok egyértelműen butábbak voltak, ám ha kívülrÅ‘l megkapták a ghrelint, utolérték társaik szellemi képességeit. Az érdekes felfedezésre magyarázatot is találtak a kutatók: a memóriafunkciókban, tanulásban jelentÅ‘s szerepet játszó hippokampusz az éhségközponthoz hasonlóan szintén képes megkötni a ghrelint. Ezekre a jelenségekre anatómiai magyarázatot is találtak, az állatokban ugyanis az idegsejtek közötti kapcsolatok száma kb. 30 %-kal nÅ‘tt. A tudósok egészen messze mentek a következtetésekben: ha az állat éhes, a táplálék megszerzése érdekében komoly szellemi munkát kell kifejtenie. Tehát elképzelhetÅ‘, hogy az evolúció során az ember magasabb rendű szellemi működései, az agy megismerÅ‘ tevékenysége mintegy az éhség legyÅ‘zésének melléktermékeként jött létre.
Nature Neuroscience. 9 March 2006, 3, 381–388.
G. J.
INTELLIGENS MÅ°VÉGTAGOK
A gondolatokkal irányítható robotkar fejlesztése felé tettek jelentÅ‘s lépést japán kutatók. A kutatások során kísérleti személyeket kértek arra, hogy feküdjenek be egy mágneses rezonancián alapuló képalkotó berendezésbe, és közben a jól ismert kÅ‘-papír-olló játékot játszották velük, amelyben jobb kezüket kellett használniuk. A képalkotó berendezés regisztrálta azokat az agyi aktivitásokat, amelyek a különbözÅ‘ kézformák kialakítása során megjelentek, és ezeket az adatokat betáplálták egy számítógépbe. Egy rövid tanulási periódust követÅ‘en a számítógép megtanulta, hogy felismerje a különbözÅ‘ kézformákhoz tartozó agytevékenységek mintázatát, és a robotfüggeléknek is parancsba tudta adni, hogy ugyanazt csinálja. Hasonló eredményeket már produkáltak emberszabású majmokon más kutatók, de azokban az esetekben elektródákat ültettek az állatok agyába, és az azokról elvezetett mintázatok alapján taníttatták meg velük, hogy gondolatokkal irányítsanak például egy kurzort. Ezen kutatások távlati célja intelligens művégtagok kifejlesztése, és bár az eredmények egyes elemzÅ‘i szerint a funkcionális mágneses rezonancia eljárás túl drága technika, azzal, hogy segítségével működés közben lehet az emberi agyat vizsgálni, segíthet a kutatóknak annak megértésében, hogy az agy hogyan működteti a végtagokat.
G. J.
Jéki László – Gimes Júlia
<-- Vissza a 2006/7 szám tartalomjegyzékére
<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra