Academic CentreZinātnes un tehnikas jaunumi, interesanti fakti
Orhideja dzintarā
Par laimi zinātkārajiem cilvēkiem, kuri vēlas iepazīt mūsu Zemes pagātni, pazīstams īpatnējs caurspīdīgs organisks minerāls dzintars jeb skuju un lapu koku fosilie sveķi, parasti tā vecums ir 25–35 miljoni gadu. Dzintars dažkārt satur augu un dzīvnieku atliekas, kas bieži vien ir lieliski saglabājušās. Visvairāk dzintara atrod Baltijas jūras dienvidaustrumu piekrastē un Dominikānas Republikā. Dominikānas dzintars nāk no Karību jūras salas Hispaniolas un tam raksturīgas labi saglabājušās bagātīgas fosilijas. Ar spektrometriskajām analīzēm noskaidrots, ka Dominikānas dzintarā pārvērtušies sveķi iztecējuši lapu kokiem Hymenaea protera, kas auguši klinšainās pārkarēs. Sveķi nokļuvuši jūrā un tur kā nogulas pārveidojušies par dzintaru pirms 15–20 miljoniem gadu.
Dominikānas dzintarā atrastās augu un dzīvnieku fosilijas liecina par tropisku klimatu. No šiem atradumiem aprakstītas 400 jaunas fosilās kukaiņu sugas – vaboles, odi, bites (arī suga bez dzeloņa Proplebeia dominicana), kā arī zirnekļi un ērces. Šie posmkāji gan skrejoši, gan lidojoši ielipuši sveķos. Arī nekustīgiem un pat beigtiem kukaiņiem sveķi pārtecējuši pāri un ieslēguši tos.
Martins Grunds no Reinas Fridriha Vilhelma universitātes Bonnā pētījis Dominikānas dzintarā ieslēgtos fosilos posmkājus. Zinātnieks savā promocijas darbā raksta, ka ieslēgumus dzintarā pētījis ar stereomikroskopu simtkārtīgā palielinājumā. Ja dzintara gabals saturējis vienu fosiliju, tas ar smilšpapīru ticis uzmanīgi slīpēts, pastāvīgi kontrolējot ar mikroskopu un dzesējot ar ūdeni, visbeidzot pulēts, līdz iegūts skaidrs attēls. Ja fosilijas bijušas vairākas, dzintars vispirms sagriezts gabalos. Gadījumā, ja nebija iespējams saglabāt visus ieslēgumus veselus, tie tika pārgriezti un dzintara daļas sanumurētas. Pēdējā laikā dzintara ieslēgumu pētīšanai izmanto konfokālo mikroskopu, kas veido trīsdimensionālu attēlu. Tādā gadījumā dzintars nav jāsagriež gabalos.
2000. gadā kāds privātkolekcijas īpašnieks no Dominikānas Republikas vēlējās zinātniekiem nodot unikālu dzintaru ar fosilās orhidejas putekšņiem. Vairāki muzeji un pētniecības centri sacentās, lai šo retumu dabūtu, līdz 2005. gadā tas beidzot izdevās paleobotāniķim Santjago Ramiresam no Hārvardas Zooloģijas muzeja. Divus gadus zinātnieks veltīja unikālā atraduma izpētei.
Fosilijas vecums ir 15–20 miljoni gadu. Dzintarā atrada izmirušas bišu sugas Proplebeia dominicana darba biti ar ziedputekšņu kravu uz muguras. Minētās bišu sugas eksemplāri jau ne vienreiz vien atrasti Dominikānas dzintarā, bet šajā dzintarā bija kas vairāk – liels retums – orhidejas fosilija! Putekšņu polīniji* (četras putekšņu paciņas) bitei pielipuši pie muguras, nevis pie mutes orgāniem, kas liecina par savdabīgo apputeksnēšanas veidu. Zieda forma evolucionējusi kopā ar kukaiņiem apputeksnētājiem un izveidojusies tāda, ka bitei pēc nektāra bijis jālien dziļi ziedā, aizskarot ar muguru polīnijus, lai orhideja varētu pielipināt kukainim savus putekšņus. Bites kā pastnieki arī mūsdienās šādi pārnēsā sapakotās putekšņu paciņas – orhideju augu sūtījumus – no viena orhideju zieda uz otru.
Kaut arī tikai ziedputekšņi, kas piederējuši izmirušai orhideju sugai Meliorchis caribea, tomēr tie ļāva izdarīt nozīmīgus secinājumus. Pirmkārt, varēja noteikt auga piederību ne tikai orhideju dzimtai, bet arī konkrētai grupai (Goodyerinae) un noteikt tās tuvākās radniecīgās sugas – Kreodanthus un Microchilus.
Otrkārt, pirms šī atraduma zinātniekiem nebija skaidrības par orhideju izcelsmes laiku. Daži uzskatīja, ka tās pastāvējušas jau pirms 112 miljoniem gadu, tikai fosilijas nav saglabājušās, jo mitrais un karstais tropu klimats nav ļāvis veidoties pārakmeņojumiem. Citi zinātnieki iebilda, ka orhidejas parādījušās tikai pirms 26 miljoniem gadu.
Skaidrību šajā jautājumā ieviesa DNS sekvenču analīze ar molekulārā pulksteņa metodi. Metode balstās uz to, ka bioloģisko makromolekulu izmaiņas notiek lēni, bet ar pastāvīgu ātrumu. Tātad arī DNS visos organismos evolucionē un mutāciju rezultātā tai nepārtraukti mainās nukleotīdu secība. Vienādos bet ilgos laika posmos katra veida DNS nomainās apmēram vienāds nukleotīdu skaits. Tas nozīmē, ka mutāciju skaits DNS molekulās ir proporcionāls laikam, kas pagājis, kopš šīm sugām bijis kopīgs sencis – molekulārais pulkstenis tikšķ ar vienmērīgu ātrumu. No izmaiņām DNS sastāvā iespējams aprēķināt evolūcijas ilgumu. Zinātnieki salīdzināja fosilo orhideju DNS sekvences no atrastajiem putekšņiem ar mūsdienās augošo radniecīgo orhideju DNS sekvencēm. Jaunais atradums ļāva secināt, ka vissenākās tiešās mūsdienu orhideju priekšteces augušas jau pirms 76–84 miljoniem gadu.
Krīta perioda beigās (pirms ~70 miljoniem gadu) orhidejas bija sadalījušās piecās evolucionārās līnijās, kas atbilst piecām mūsdienu orhideju apakšdzimtām. Kainozoja ērā sākās divu orhideju apakšdzimtu Orchidoideae un Epidendroideae evolūcija, sasniedzot lielo sugu daudzveidību mūsdienās.
Par laimi zinātkārajiem cilvēkiem, kuri vēlas iepazīt mūsu Zemes pagātni, pazīstams īpatnējs caurspīdīgs organisks minerāls dzintars jeb skuju un lapu koku fosilie sveķi, parasti tā vecums ir 25–35 miljoni gadu. Dzintars dažkārt satur augu un dzīvnieku atliekas, kas bieži vien ir lieliski saglabājušās. Visvairāk dzintara atrod Baltijas jūras dienvidaustrumu piekrastē un Dominikānas Republikā. Dominikānas dzintars nāk no Karību jūras salas Hispaniolas un tam raksturīgas labi saglabājušās bagātīgas fosilijas. Ar spektrometriskajām analīzēm noskaidrots, ka Dominikānas dzintarā pārvērtušies sveķi iztecējuši lapu kokiem Hymenaea protera, kas auguši klinšainās pārkarēs. Sveķi nokļuvuši jūrā un tur kā nogulas pārveidojušies par dzintaru pirms 15–20 miljoniem gadu.
 |
| Proplebeia dominicana Foto: New Scientist |
Martins Grunds no Reinas Fridriha Vilhelma universitātes Bonnā pētījis Dominikānas dzintarā ieslēgtos fosilos posmkājus. Zinātnieks savā promocijas darbā raksta, ka ieslēgumus dzintarā pētījis ar stereomikroskopu simtkārtīgā palielinājumā. Ja dzintara gabals saturējis vienu fosiliju, tas ar smilšpapīru ticis uzmanīgi slīpēts, pastāvīgi kontrolējot ar mikroskopu un dzesējot ar ūdeni, visbeidzot pulēts, līdz iegūts skaidrs attēls. Ja fosilijas bijušas vairākas, dzintars vispirms sagriezts gabalos. Gadījumā, ja nebija iespējams saglabāt visus ieslēgumus veselus, tie tika pārgriezti un dzintara daļas sanumurētas. Pēdējā laikā dzintara ieslēgumu pētīšanai izmanto konfokālo mikroskopu, kas veido trīsdimensionālu attēlu. Tādā gadījumā dzintars nav jāsagriež gabalos.
2000. gadā kāds privātkolekcijas īpašnieks no Dominikānas Republikas vēlējās zinātniekiem nodot unikālu dzintaru ar fosilās orhidejas putekšņiem. Vairāki muzeji un pētniecības centri sacentās, lai šo retumu dabūtu, līdz 2005. gadā tas beidzot izdevās paleobotāniķim Santjago Ramiresam no Hārvardas Zooloģijas muzeja. Divus gadus zinātnieks veltīja unikālā atraduma izpētei.
Fosilijas vecums ir 15–20 miljoni gadu. Dzintarā atrada izmirušas bišu sugas Proplebeia dominicana darba biti ar ziedputekšņu kravu uz muguras. Minētās bišu sugas eksemplāri jau ne vienreiz vien atrasti Dominikānas dzintarā, bet šajā dzintarā bija kas vairāk – liels retums – orhidejas fosilija! Putekšņu polīniji* (četras putekšņu paciņas) bitei pielipuši pie muguras, nevis pie mutes orgāniem, kas liecina par savdabīgo apputeksnēšanas veidu. Zieda forma evolucionējusi kopā ar kukaiņiem apputeksnētājiem un izveidojusies tāda, ka bitei pēc nektāra bijis jālien dziļi ziedā, aizskarot ar muguru polīnijus, lai orhideja varētu pielipināt kukainim savus putekšņus. Bites kā pastnieki arī mūsdienās šādi pārnēsā sapakotās putekšņu paciņas – orhideju augu sūtījumus – no viena orhideju zieda uz otru.
Kaut arī tikai ziedputekšņi, kas piederējuši izmirušai orhideju sugai Meliorchis caribea, tomēr tie ļāva izdarīt nozīmīgus secinājumus. Pirmkārt, varēja noteikt auga piederību ne tikai orhideju dzimtai, bet arī konkrētai grupai (Goodyerinae) un noteikt tās tuvākās radniecīgās sugas – Kreodanthus un Microchilus.
Otrkārt, pirms šī atraduma zinātniekiem nebija skaidrības par orhideju izcelsmes laiku. Daži uzskatīja, ka tās pastāvējušas jau pirms 112 miljoniem gadu, tikai fosilijas nav saglabājušās, jo mitrais un karstais tropu klimats nav ļāvis veidoties pārakmeņojumiem. Citi zinātnieki iebilda, ka orhidejas parādījušās tikai pirms 26 miljoniem gadu.
Skaidrību šajā jautājumā ieviesa DNS sekvenču analīze ar molekulārā pulksteņa metodi. Metode balstās uz to, ka bioloģisko makromolekulu izmaiņas notiek lēni, bet ar pastāvīgu ātrumu. Tātad arī DNS visos organismos evolucionē un mutāciju rezultātā tai nepārtraukti mainās nukleotīdu secība. Vienādos bet ilgos laika posmos katra veida DNS nomainās apmēram vienāds nukleotīdu skaits. Tas nozīmē, ka mutāciju skaits DNS molekulās ir proporcionāls laikam, kas pagājis, kopš šīm sugām bijis kopīgs sencis – molekulārais pulkstenis tikšķ ar vienmērīgu ātrumu. No izmaiņām DNS sastāvā iespējams aprēķināt evolūcijas ilgumu. Zinātnieki salīdzināja fosilo orhideju DNS sekvences no atrastajiem putekšņiem ar mūsdienās augošo radniecīgo orhideju DNS sekvencēm. Jaunais atradums ļāva secināt, ka vissenākās tiešās mūsdienu orhideju priekšteces augušas jau pirms 76–84 miljoniem gadu.
Krīta perioda beigās (pirms ~70 miljoniem gadu) orhidejas bija sadalījušās piecās evolucionārās līnijās, kas atbilst piecām mūsdienu orhideju apakšdzimtām. Kainozoja ērā sākās divu orhideju apakšdzimtu Orchidoideae un Epidendroideae evolūcija, sasniedzot lielo sugu daudzveidību mūsdienās.
Mikrofons kā sienāža auss
Vai iespējams uzlabot mūsu mikrofonus, lai tie būtu tikpat jutīgi kā kukaiņu dzirdes orgāni?
Zinātnieki jau sen izpētījuši, ka daudziem kukaiņiem ir ļoti laba dzirde – tie spēj uztvert klusas un arī augstas skaņas, kuras nedzird cilvēks. Kā dzirdes orgāni kalpo matiņi, kas klāj visu ķermeni vai sakopoti atsevišķās tā vietās, kā arī speciāli dzirdes jeb timpanālie orgāni. Dažādām kukaiņu sugām tie izvietoti atšķirīgi – uz spārniem, krūšu un vēdera posmos, uz kājām. Šajās kukaiņu “ausīs” plāna hitīna plāksnīte līdzīgi bungādiņai ir “uzvilkta“ uz hitīna rāmja. Plāksnītei pievienojas jutīgas šūnas, kas savienotas ar nerviem. Timpanālā orgāna uzbūves princips būtībā līdzinās mugurkaulnieku auss uzbūvei.
Dažu dzimtu tauriņi spēj uztvert skaņu ar 15–175 kilohercu frekvenci. Sadzirdot sikspārņu raidītās ultraskaņas, tie pielāgojušies izvairīties no uzbrucēja (piemēram, tauriņi – pūcītes). Sienāži galvenokārt dzird ar timpanālajiem orgāniem, kas tiem novietoti uz kāju apakšstilbiem. To timpanālajiem orgāniem ir sarežģīta uzbūve. Katras kājas abās pusēs ir pa vienai bedrītei, kas pārvilkta ar membrānu (kā bungādiņu). Membrānas var būt redzamas vai arī neredzamas, jo pārklātas ar cieto ķermeņa hitīna segu tā, ka palikušas tikai spraudziņas. Katrai membrānai no kukaiņa ķermeņa pievienojas traheja, kas ar gaisa spiedienu rada membrānai tonusu un gaiss svārstās līdz ar to. Trahejas saistītas ar paplašinājumiem – traheālajiem gaisa maisiem. Katrs no tiem norobežots ar citu timpanālo membrānu; starp maisiem ir vēl divi gaisa maisi, kas nav pilnībā norobežoti no tiem. Garās traheju caurulītes un vairāki gaisa maisi pastiprina skaņas radītās svārstības.
Kanādas zinātnieki no Toronto Universitātes tropu lietusmežā Kolumbijā atraduši jaunu sienāžu sugu (Arachnoscelis sp.), kuras pārstāvji sisinot rada un tātad arī dzird skaņu ar 130 kilohercu frekvenci. Tik augstas skaņas radīšana vēl kukaiņu pasaulē nebija pazīstama. Zinātnieki pētījuši, kā šī skaņa rodas. Zināms, ka sienāži sisinot berzē spārnus vienu gar otru. Filmējot noskaidrots, ka spārnu kustības ātrums ir pārāk mazs, lai spētu radīt tik augstu skaņu, muskuļi tik ātri vispār nespēj sarauties. Kā tad tā rodas? Ar elektronmikroskopa palīdzību izpētīts, ka spārnā ir īpašs veidojums – plāna, liela, elastīga plāksnīte, kas, iespējams, aizķeras aiz spārna zobiņiem, tiek izstiepta un saraujoties rīvējas pār zobiņiem, radot daudzkārtējas svārstības bez muskuļu izmantošanas. Lai skaņu padarītu dzirdamu cilvēkam, Toronto Universitātes zinātnieki to pārveidoja zemākā frekvencē, nu tā skan kā klauvējieni. Skaņas ierakstu var atrast interneta adresē http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,457701,00.html.
Vai iespējams uzlabot mūsu mikrofonus, lai tie būtu tikpat jutīgi kā kukaiņu dzirdes orgāni?
Zinātnieki jau sen izpētījuši, ka daudziem kukaiņiem ir ļoti laba dzirde – tie spēj uztvert klusas un arī augstas skaņas, kuras nedzird cilvēks. Kā dzirdes orgāni kalpo matiņi, kas klāj visu ķermeni vai sakopoti atsevišķās tā vietās, kā arī speciāli dzirdes jeb timpanālie orgāni. Dažādām kukaiņu sugām tie izvietoti atšķirīgi – uz spārniem, krūšu un vēdera posmos, uz kājām. Šajās kukaiņu “ausīs” plāna hitīna plāksnīte līdzīgi bungādiņai ir “uzvilkta“ uz hitīna rāmja. Plāksnītei pievienojas jutīgas šūnas, kas savienotas ar nerviem. Timpanālā orgāna uzbūves princips būtībā līdzinās mugurkaulnieku auss uzbūvei.
Dažu dzimtu tauriņi spēj uztvert skaņu ar 15–175 kilohercu frekvenci. Sadzirdot sikspārņu raidītās ultraskaņas, tie pielāgojušies izvairīties no uzbrucēja (piemēram, tauriņi – pūcītes). Sienāži galvenokārt dzird ar timpanālajiem orgāniem, kas tiem novietoti uz kāju apakšstilbiem. To timpanālajiem orgāniem ir sarežģīta uzbūve. Katras kājas abās pusēs ir pa vienai bedrītei, kas pārvilkta ar membrānu (kā bungādiņu). Membrānas var būt redzamas vai arī neredzamas, jo pārklātas ar cieto ķermeņa hitīna segu tā, ka palikušas tikai spraudziņas. Katrai membrānai no kukaiņa ķermeņa pievienojas traheja, kas ar gaisa spiedienu rada membrānai tonusu un gaiss svārstās līdz ar to. Trahejas saistītas ar paplašinājumiem – traheālajiem gaisa maisiem. Katrs no tiem norobežots ar citu timpanālo membrānu; starp maisiem ir vēl divi gaisa maisi, kas nav pilnībā norobežoti no tiem. Garās traheju caurulītes un vairāki gaisa maisi pastiprina skaņas radītās svārstības.
 |
| Jaunatklātais sienāzis Arachnoscelis n. sp. (Tettigoniidae). Foto: Scientific Computing Ltd., Finland |
Britu zinātnieki sākuši pētīt kukaiņu dzirdes orgānus, lai radītu jauna veida mikrofonus ar paaugstinātu jutību. Pētot sienāžu timpanālos orgānus, noskaidroja, ka ļoti plānās membrānas ir nevienādas, tās katra atšķirīgi reaģē uz skaņu viļņiem. Membrānu svārstību amplitūdas ir niecīgas – tikai daži nanometri, tomēr kukainis tās spēj uztvert un analizēt. Biologi, fiziķi un inženieri kopīgi strādā, lai izpētītu šo kukaiņiem raksturīgo veidu, kā skaņas signāli tiek uztverti un pārveidoti nervu signālos. Projekta vadītājs Daniels Roberts apgalvo, ka pētījumu rezultātā izveidos tik jutīgu mikrofonu, kas spēs uztvert ļoti klusas skaņas, kuras dzird tikai kukaiņi.
“Čipsu” busi izbraukuši ielās!
Kilmarnokā (Kilmarnock, Lielbritānija), 26. oktobrī savu ikdienas maršrutu uzsākuši astoņi bio-autobusi. Šo autobusu dzinēji tiek darbināti, izmantojot 100% biodegvielu, kas iegūta no izmantotas cepamās eļļas un taukiem. Lielākie piegādātāji ir ēstuves, kas piedāvā eļļā ceptos kartupeļu čipsus.
Nedēļā tiek pārvadāti apmēram 15 500 pasažieru, tāpēc Stjuartonā (Stewarton), Darvelā (Darvel) un Kilmarnokā ir izveidoti eļļas savākšanas punkti, kas pieņem “autobusu degvielu” no iedzīvotājiem apmaiņā pret atlaižu karti autobusa biļešu iegādei.
Projektu atbalsta arī valdība, jo ir aprēķināts, ka katru gadu vidē šādi nonāks par 960 tonnām mazāk oglekļa izmešu, kas sastāda 82% no visa CO2 izmešu daudzuma šajā apkārtnē. Tas savukārt palīdzēs pildīt Eiropas Savienības normas kaitīgo izmešu samazināšanā!
Kilmarnokā (Kilmarnock, Lielbritānija), 26. oktobrī savu ikdienas maršrutu uzsākuši astoņi bio-autobusi. Šo autobusu dzinēji tiek darbināti, izmantojot 100% biodegvielu, kas iegūta no izmantotas cepamās eļļas un taukiem. Lielākie piegādātāji ir ēstuves, kas piedāvā eļļā ceptos kartupeļu čipsus.
Nedēļā tiek pārvadāti apmēram 15 500 pasažieru, tāpēc Stjuartonā (Stewarton), Darvelā (Darvel) un Kilmarnokā ir izveidoti eļļas savākšanas punkti, kas pieņem “autobusu degvielu” no iedzīvotājiem apmaiņā pret atlaižu karti autobusa biļešu iegādei.
Projektu atbalsta arī valdība, jo ir aprēķināts, ka katru gadu vidē šādi nonāks par 960 tonnām mazāk oglekļa izmešu, kas sastāda 82% no visa CO2 izmešu daudzuma šajā apkārtnē. Tas savukārt palīdzēs pildīt Eiropas Savienības normas kaitīgo izmešu samazināšanā!
   |
| Foto: The Bio Bus |
Jaunumus apkopojuši Ingrīda Jansone-Henkuzene un Līga Grīnberga