Egyszerűsödik a mágnesezettség befolyásolása?
Új megoldást találtak a mágnesség irányának szilárd testekben való megváltoztatására japán kutatók, módszerük csak elektromos feszültséget igényel.
Egy mágnes mágneses térben beáll a tér irányába. A számítógépben a diszken a helyi mágnesezettség mintázata tárolja az információt, az információ felírásához áramimpulzust adnak a diszk felett mozgó kis elektromágnesre. A módszer indirekt és energiapazarló, ezért régóta keresnek közvetlen megoldást.
A japán kutatók csak elektromos feszültséget alkalmaznak a mágnesezettség irányának befolyásolására. Kísérletükben lényegében a mágnes mágneses anizotrópiáját kontrollálják, így hozzák létre a kívánt irányú mágnesezettséget. Az elektronok spin–pálya kölcsönhatásának köszönhetően az elektronok energiája függ a mágnesezettség irányától, tehát a mágneses anizotrópiát az elektronszerkezet szabályozásával lehet kontrollálni. Daisuke Chiba és munkatársai fém-szigetelő-félvezető eszközt hoztak létre, a (GaMn)As film félvezető alacsony hőmérsékleten ferromágneses. A módszer nem igényli, hogy áram folyjék az eszközben, csak feszültséget kell ráadni. Az eszköz a ma széles körben alkalmazott fém-oxid-félvezető technológiával létrehozható. Az alapelv, a mágneses anizotrópia elektronszerkezet függése más anyagoknál is alkalmazható, például fém vagy fém-oxid ultravékony filmek felületén.
Saitoh, Eiji: New Order for Magnetism. Nature. 25 September 2008. 455, 474–75.
Chiba, Daisuke et al.: Magnetization Vector Manipulation by Electric Fields. Nature. 25 September 2008. 455, 515–518.
J. L.
Új, olcsó katalizátor vízbontáshoz
A klímaváltozás, a magas gázárak egyre fontosabbá teszik a hidrogénenergetika elterjedését. A vízbontáshoz legjobban a platinakatalizátor vált be, de a platina drága, és kevés van belőle. A Massachusetts Institute of Technology kutatói környezetbarát katalizátort fedeztek fel. Az alapanyag kobalt és foszfor, ezek az anyagok olcsók, és bőven van belőlük. A fejlesztés még nem érte el a gyakorlati alkalmazhatóság szintjét, de szakértők döntő előrelépésnek minősítik az új katalizátort. Anódanyagnak indium-ón-oxidot választottak, majd az anódot kobaltot és kálium-foszfátot tartalmazó vízbe merítették. Az áram hatására nagyon szilárd kobalt-foszfát film vált ki az anódon az indium-ón-oxid tetejére. Ez a filmréteg a vízbontó katalizátor. A katalizátor tökéletesen működik. A rendszer indításához energiát kell befektetni, és egyelőre csak kis áramerősségnél működik. A kutatók bíznak abban, hogy mindkét problémát megoldják, és az elektródákat napelemekhez csatlakoztathatják. Merész távlati tervük annak tisztázása, hogy a katalizátor működik-e tengervízben. Napfénnyel lehetne hidrogént kinyerni a tengervízből, a hidrogént csőrendszeren a partra juttatva elektromosságot és édesvizet lehetne létrehozni. A Nap és az óceánok a világ két legnagyobb szükségletét elégíthetnék ki.
Service, Robert F.: New Catalyst Marks Major Step in the March toward Hydrogen Fuel. Science. 1 August 2008. 321, 620.
Nocera, Daniel G. et al.: Science online,
www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/ 1162018)
J. L.
Egységes talajmodell
A talaj fenntartható megőrzése bonyolult folyamat, a talaj összetevői nagyon eltérő időskálán reagálnak a külső hatásokra és bonyolult kölcsönhatásban állnak egymással. A talaj a Föld felszínét borító laza kőzetanyag, a regolit legfelső rétege. A talaj nemcsak kőzetrészecskékből áll, alkotórészei az ásványok, tápanyagok, szerves anyag, biota (flóra és fauna) és a víz. Ezek az összetevők százmillió évektől néhány percig terjedő jellemző élettartammal bírnak, tanulmányozásuk több, egymástól elszigetelt tudományág témája. Az emberi hatások megbecsléséhez, a fenntarthatóság megőrzéséhez elengedhetetlen egy egységes modell megalkotása.
Geológusok szerint a regolitot formáló folyamatok egyensúlyban vannak, a földrészek felemelkedésekor annyi kőzetrészecske keletkezik, amennyit az erózió elvisz. A regolit felső 0,6 méteres rétegében a tartózkodási idő száz és néhány százezer év között változik. A geokémikusokat a regolit kémiai összetétele érdekli, az ásványok válaszidejét vizsgálják. Az ásványok tartózkodási és reagálási ideje a talajprofilok kémiai összetételéből kiolvashatóan százmillió évek és évszázadok között váltakozik. A szervezetekben megkötött tápanyagok tartózkodási ideje lényegesen rövidebb. A talaj szerves anyagainak tartózkodási idejére nagyságrendileg száz-ezer év az elfogadott becslés, de egyes anyagoknál ez az időtartam mindössze egy-tíz év. Az ökoszisztémák külső zavarokra adott reakcióideje nagyságrendben 10-100 év, de vitatják, van-e egyáltalán egy ökoszisztémának állandó állapota. Az állandó állapot a külső zavarok (pl. tüzek, rovarinváziók) nagyságának és gyakoriságának bonyolult függvénye. A talajban a víz reakcióideje a legrövidebb, percektől néhányszor tíz évig terjed. Az emberi beavatkozások miatt nagy a valószínűsége fontos küszöbértékek meghaladásának. Globálisan harmincszorosára nőtt a hosszú távú talajerózió. Csökkent a talaj tápanyagtartalma, ugyanakkor a műtrágyák egy része más ökoszisztémába, az óceánokba kerül át.
Brantley, Susan L.: Understanding Soil Time. Science. 12 September 2008. 321, 1454–1455.
J. L.
A talaj szénháztartása
A talaj szénciklusának ismerete kulcsszerepet játszik a légkör szén-dioxid-tartalmának előrejelzésében. Nagyon bizonytalan, hogyan reagál a felmelegedésre a talaj szervesanyagában tárolt szén. A szervesanyag felépülésének és lebomlásának megismerése kritikus a légköri szén-dioxidhoz való hozzájárulás becsléséhez, de fontos a talaj termőképességének megőrzése szempontjából is. Gyűlnek az ismeretek az összefüggésekről, de a destabilizáló hatásokra (pl. felmelegedés, földhasználat változása) reagáló folyamatokat kevéssé értjük.
A kutatáshoz a közvetlen megfigyelés mellett a radiokarbon kormeghatározást vetik be a szerves anyag korának meghatározására. A hónapos-éves időskálán a friss növényi hulladék lebomlása miatti tömegveszteséget csaknem kiegyenlíti az új hulladék talajba kerülése. A hulladék lebomlása tehát a talaj szénveszteségének fő forrása. A millió éves skálán végbemenő változások nem figyelhetők meg közvetlenül, mindesetre a változások százszor-ötszázszor lassabbak, mint a friss hulladék bomlásánál. A legtöbb aggodalomra az évtizedek-évszázadok időtáv ad okot, és éppen ezt ismerjük legkevésbé.
A friss növényi anyag magasabb hőmérsékleten gyorsabban bomlik. Nem világos azonban, hogyan reagál a hőmérsékletváltozásra az ásványi felületen stabilizálódott szén. Néhány speciális esetben jól előre láthatók a változások. A magas északi területek nettó szénforrássá válnak a következő száz évben. A Földközi-tenger vidékén gyakori tüzek miatt a szén gyorsabban kerül az atmoszférába, mint ahogy a talajban összegyűlik.
Trumbore, Susan E. – Czimczik, Claudia, I.: An Uncertain Future for Soil Carbon. Science. 12 September 2008. 321, 1455-56.
J. L.
A nagy has elbutít
Amerikai kutatók szerint a hasi elhízás nemcsak a kettes típusú cukorbaj vagy a szív- és érrendszeri katasztrófák szempontjából jelent kockázati tényezőt, hanem az időskori elbutulás esélyét is jelentősen növeli. A Dr. Rachel A. Whitmer által vezetett csoport 6583 férfi és nő egészségügyi adatainak elemzésével jutott erre a következtetésre. Mindnyájan 1964 és 1973 között kapcsolódtak be egy nagy észak-kaliforniai egészségvédelmi programba, amelynek résztvevőit 36 éven át követték nyomon. Ezen idő alatt 1049 egyénnél fejlődött ki demencia. A kutatók azt találták, hogy a sok hasi zsír közel háromszorosára emeli az elbutulás esélyét. Maga az elhízás is kockázati tényezőt jelent, de amennyiben nem párosul sok hasi zsírral, „csak” 1,8-szoros rizikónövekedést jelent.
A statisztikai elemzésekben figyelembe vették az életkort, a nemet, az iskolai végzettséget, a családi állapotot, vérzsírszintet, vérnyomás-problémákat, szív- érrendszeri betegségeket, és az így korrigált adatok mutatták a fenti összefüggéseket.
Azt régóta tudják, hogy a hasi zsírszövet szinte önálló hormontermelő szervként működik, és ezért segítheti a cukorbaj vagy a szív- és érrendszeri katasztrófák kialakulását. A szellemi öregedésben játszott szerepét azonban most vetették fel először, és mivel a felvetés igen súlyos, Whitmerék szeretnék, ha mások is foglalkoznának ezzel a kérdéssel, és minél előbb megerősítenék vagy cáfolnák állításaikat.
Közleményükben egyébként nem adnak magyarázatot arra, hogy a hasi zsír miért segítheti az elbutulást.
Neurology. 09. 2008. 71, 1057–1064.
G. J.
Új eredmények
az őssejtkutatásban
Heréből származó sejteket alakítottak embrionális őssejt-szerű sejtekké a Tübingeni Egyetem kutatói. Ennek azért van nagy jelentősége, mert az őssejtkutatások egyik újabb iránya, hogy testi sejteket programozzanak vissza embrionális őssejt-szerű állapotba. Az így nyert sejtekkel kapcsolatos kutatások ugyanis nem vetik fel az embriókkal, embrionális sejtekkel kapcsolatos etikai problémákat.
Thomas Skutella és munkatársai 22 férfi heréjéből származó, hímivarsejtek képzésére alkalmas sejteket olyan anyagokkal együtt tenyésztettek, amelyekről azt feltételezték, hogy segíthetik a sejtek embrió-szerű állapotba történő átalakulását. Két hét múlva a sejteket megvizsgálták, és azt tapasztalták, hogy mind genetikai, mind növekedési sajátságaikat tekintve sokkal inkább hasonlítanak az embrionális őssejtekhez, mint a spermiumokhoz. Amikor ezeket a sejteket immunhiányban szenvedő egerekbe juttatták, azok hasonló daganatokat, ún. teratómákat produkáltak, mint amilyeneket az embrionális őssejtek gyakran hoznak létre. Petri-csészében azonban a sejteket izom-, csont-, ideg- és hasnyálmirigy szövetté is sikerült differenciáltatni.
Korábban más kutatóknak is sikerült testi sejteket, például bőrből származó hámsejteket embrionális őssejt-szerű állapotba juttatni, de azokban a kísérletekben vírusok felhasználásával vittek be olyan géneket a sejtekbe, amelyek „rábeszélték” őket arra, hogy visszaprogramozzák magukat az embrió-szerű állapotba. Az őssejtkutatások célja azonban a beteg szervek gyógyítása, az ún. regeneratív medicina, és ebből a szempontból a manipulációra használt vírus-örökítőanyagok potenciális veszélyeket jelenthetnek a betegek számára. Skutelláék azonban nem használtak sem vírusrészecskéket, sem genetikai módosításokat, ők a biokémiai környezet befolyásolásával érték el a sejtek pluripotens állapotát. És ők az elsők abban is, hogy emberi heresejteket juttattak vissza embriószerű állapotba. Ez ugyanis másoknak eddig csak egérsejtekkel sikerült.
Vannak, akik áttörésnek nevezik a német eredményeket, mások hozzáteszik: nők ezekből nem profitálhatnak, hiszen a távlati cél, hogy a betegek számára majd saját testi sejtjeikből „készítsenek” személyre szabott őssejteket. Azt is negatívumként emlegetik, hogy egyetlen férfi sem örülne, ha heréiből tűvel sejteket távolítanának el, jobb lenne tehát az ilyen sejteket bőrből nyerni.
Nature. 08.10. 2008. | doi:10.1038/nature07404
G. J.
Jéki László – Gimes Júlia