Skąd robaki w herbacie, klej w jemiole i echolokacja u ludzi – #029

Arkadiusz 00:00

Ile robaków znajduje się w torebce z herbatą, czy można nauczyć się echolokacji i gdzie już dziś brakuje wody? Arkadiusz Polak, dzień dobry, zaczynamy kolejny odcinek podkastu Naukowo, w którym opowiem również o tym co się dzieje w naszych mózgach podczas niespodzianek i jak zrobić z jemioły klej, który użyć można w medycynie. Na początek tradycyjnie prośba o udostępnienie tego odcinka, subskrybujcie podkast na YouTube lub platformach podkastowych, aby nie przegapić kolejnego odcinka. Polecam waszej uwadze również nasz Discordowy serwer oraz mój profil w serwisie Patronite, gdzie możecie wspierać moją działalność, wszystkie linki znajdziecie w opisie. Startujemy!

Arkadiusz 00:41

Jeśli pijecie teraz herbatę zaparzoną z torebki lub z suszonych liści to ostrzegam ta informacja może być lekko niesmaczna. Jak wynika z badań opublikowanych w czasopiśmie Biology Letters, liście herbaty zawierają śladowe ilości DNA bardzo zróżnicowanych gatunków owadów z całego świata. Oznacza to nie tylko, że w suszonej herbacie i innych ziołach znajdują się ślady owadów, badania te pokazują także nową, ciekawą technikę: możliwość ekstrakcji eDNA z suszonych roślin. Naukowcy wyodrębnili eDNA z kilkudziesięciu różnych kupowanych powszechnie w sklepach torebek po herbatach i suszonych ziołach, w tym rumianku, mięty, herbaty i pietruszki. Na podstawie znalezionego eDNA udało im się zidentyfikować ponad 1000 różnych gatunków stawonogów. Czym w ogóle jest eDNA? Jest to metoda odnajdywania fragmentów DNA pozostawionych przez wiele różnych gatunków w wodzie, glebie, treści jelitowych czy na powierzchniach roślin. Za jej pomocą można zidentyfikować ślady setek różnych gatunków, bez konieczności oglądania samych stworzeń. Stawonogi natomiast to najbardziej zróżnicowana grupa zwierząt, odgrywająca kluczową rolę w funkcjonowaniu globalnych ekosystemów jako zapylacze, pożywienie dla innych gatunków i czynniki biokontroli. Ale są to również gatunki szkodników i pasożytów o dużym znaczeniu gospodarczym i medycznym. Monitorowanie stawonogów jest niezbędne dla zrozumienia ich różnorodności i interakcji, a w świetle ostatnich doniesień o spadku liczebności owadów stało się priorytetem badawczym. Badania nad owadami do tej pory opierały się głównie na ich odławianiu za pomocą różnych pułapek, ale taka metoda jest zwykle dla owada śmiertelna i nie dostarcza informacji o interakcjach między owadem a rośliną, co wydaje się być kluczowe dla zrozumienia ekologii i wyciągania wniosków o skutkach utraty gatunków. Ale przecież stawonogi zostawiają charakterystyczne dla siebie ślady na powierzchni roślin choćby w śladach żucia lub odchodach. Niestety eDNA na materiale roślinnym szybko ulega degradacji pod wpływem promieniowania UV lub jest zmywane przez deszcz. I to dlatego naukowcy sięgnęli do torebek z herbatą. Aby ułatwić proces rozdrabniania, materiał roślinny jest zwykle suszony po zebraniu. Daje to ważną korzyść: w stanie wysuszonym DNA jest stabilne i nadaje się do długotrwałego przechowywania. Skupiono się na suszonym materiale roślinnym, który można znaleźć w wielu gospodarstwach domowych: herbatach i ziołach, ponieważ są to powszechne produkty, które często przechowywane są przez długi czas w temperaturze pokojowej i stanowią idealny test skuteczności zarówno tej nowej metody jak i stabilności wysuszonego eDNA. Co więcej, herbaty i zioła pochodzą z różnych gatunków roślin uprawianych w różnych regionach na całym świecie, mogą więc umożliwić identyfikację zbiorowisk owadów charakterystycznych dla roślin, na których żerują i określić geograficzne pochodzenie próbek. Ze względu na ich znaczenie gospodarcze, rośliny te mają dobrze scharakteryzowane zbiorowiska szkodników, co stanowi solidną podstawę do odtwarzania zależności między roślinami i owadami. A zbieranie i przechowywanie suszonego materiału roślinnego jest proste, nie wymaga zabijania dużej liczby owadów, stosowania niebezpiecznych substancji chemicznych ani zamrażania i do tego jest tanie. Czy to badanie może przynieść jakieś praktyczne korzyści? Tę metodę można wykorzystać np. do śledzenia pochodzenia nielegalnego materiału roślinnego skonfiskowanego przez służby celne. Suszony materiał roślinny dobrze nadaje się też do zwalczania szkodników, wiele gatunków żyje w ukryciu na lub wewnątrz rośliny żywicielskiej, co czyni je trudnymi do wykrycia. Szkodniki inwazyjne są często rozpoznawane dopiero wtedy, gdy ich populacja osiągnie bardzo duże rozmiary. Regularne sprawdzanie wysuszonych próbek roślin umożliwiłoby wykrywanie takich szkodników na długo przed pojawieniem się epidemii lub umożliwiłoby wykrywanie szkodników w magazynach żywności.

Arkadiusz 04:39

Za to na długo przed pojawieniem się regularnych susz naukowcy przestrzegali przed nimi, lecz na niewiele się to zdało. W odcinku 15., który opublikowałem czwartego maja, opowiadałem o hydroelektrowniach i problemach jakie czyhają na produkcję prądu dzięki użyciu wody w Stanach Zjednoczonych, polecam, jeśli jeszcze go nie słyszeliście. Dziś wrócimy do tego tematu, bo wystarczyło kilka tygodni, aby sytuacja stała się bardzo poważna. Komisarz Biura Melioracji Camille Touton powiedziała podczas przesłuchania w waszyngtońskim Senacie, że urzędnicy federalni uważają obecnie, że ochrona "krytycznych poziomów" w największych zbiornikach w kraju, jeziorach Mead i Powell, będzie wymagała znacznie poważniejszych cięć dostaw wody, nawet o połowę w stosunku do dotychczasowego poboru. Siedem miesięcy temu urzędnicy z Kalifornii, Arizony i Nevady podpisali porozumienie w sprawie poboru znacznie mniejszej ilości wody z jeziora Mead. Sześć tygodni temu, aby nie dopuścić do przerwania produkcji energii elektrycznej przez tamę Glen Canyon i chcąc utrzymać odpowiedni poziom wody, rząd federalny ogłosił, że wstrzymuje pobór dużej ilości wody z jeziora Powell. Niestety niewiele to pomogło, bo poziom jeziora Mead w pobliżu Las Vegas spadł do 28% jego pełnej pojemności, podczas gdy poziom jeziora Powell na granicy stanów Utah i Arizona wynosi zaledwie 27%. Na zaporze Hoovera brakuje 45 metrów, aby przestała ona przepuszczać wodę, a tempo spadku postępuje i to coraz szybciej. Około 80% przepływu rzeki Kolorado jest wykorzystywane w rolnictwie, a większość z tego do uprawy roślin wymagających dużego nawodnienia, takich jak lucerna siewna, która jest uprawiana głównie jako pasza dla zwierząt hodowlanych. Biuro Melioracji nadal rozmawia z władzami siedmiu stanów, które są uzależnione od rzeki Kolorado, chcąc zredukować pobór wody w ciągu następnych 60 dni, a Departament Spraw Wewnętrznych może wymusić te ograniczenia nawet jeśli władze stanowe nie dojdą do porozumienia. To o czym ostrzegała nauka od 20 lat, co zbliżało się małymi krokami i co było często obiektem żartów ignorantów dziś stanowi zagrożenie dla ponad 40 milionów ludzi w miastach od Denver do Los Angeles i na terenach rolniczych od Gór Skalistych do granicy USA z Meksykiem. Rzeka Kolorado, która dostarcza wodę od dawna jest nadmiernie eksploatowana, a jej zbiorniki drastycznie zmniejszyły się od suszy w 2000 roku. I jak wykazują badania, nie jest to zjawisko tymczasowe, a nasila się ono z powodu globalnego ocieplenia i grozi wyjałowieniem całego południowego zachodu Stanów Zjednoczonych. A tymczasem w Polsce... Jak ustaliła najwyższa Izba Kontroli 40 proc. obszarów rolnych i leśnych w Polsce jest ekstremalnie i silnie zagrożonych wystąpieniem suszy rolniczej, a w dorzeczu Odry ponad 50 proc. Dotychczasowe działania polityków były i są nadal nieskuteczne, niekonsekwentne i niespójne, co tylko w roku 2018 i 2019 pochłonęło 4 miliardy złotych z budżetu państwa przekazane na pomoc rolnikom. Konsekwencje tegoroczne ogłosił 14 czerwca Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa. Na podstawie monitoringu dla okresu od 11 kwietnia do 10 czerwca 2022 r. stwierdził wystąpienie suszy rolniczej, a problem taki dotknął ponad połowę gmin w kraju.

Arkadiusz 08:00

Pomimo wielokrotnych ostrzeżeń ze strony nauki politycy w obliczu kolejnych kryzysów zachowują się jakby były one niemiłą niespodzianką. Być może zatem mają oni uszkodzone mózgi, gdyż jak wynika z nowego badania, gdy mózg potrzebuje, byś zwrócił uwagę na coś ważnego, jednym ze sposobów, by to zrobić, jest wysłanie impulsu noradrenaliny. Noradrenalina jest neuromodulatorem, który powiązano z wieloma funkcjami, takimi jak pobudzenie, działanie, wzmocnienie sensoryczne oraz uczenie się. A podczas wykonywania wyuczonych zachowań wpływa też na ułatwianie wykonania zadania i poprawia dokładność jego wykonania. Gdy śpimy poziom tego związku chemicznego spada, za to w sytuacjach stresu lub niebezpieczeństwa stężenie noradrenaliny potrafi wzrosnąć nawet o 180%. Przy czym wysokie jej poziomy utrzymujące się przez dłuższy czas nie są dla nas korzystne, gdyż prowadzą do większego niepokoju i stanów lękowych. Noradrenalina ma wpływ nie tylko na mózg, oddziałuje na cały organizm, bo przyspiesza puls, zwiększa ciśnienie, a przygotowując ciało do ucieczki zwiększa dopływ krwi do mięśni. Niespodzianki czasem potrafią być niemiłe, a nawet groźne dla naszego zdrowia czy życia i to właśnie noradrenalina odgrywa dużą rolę w sygnalizowaniu zaskoczenia, zmuszając mózg do ponownej analizy otaczającego go środowiska. W nowym badaniu naukowcy wytresowali myszy w taki sposób, że gdy wciskały przycisk po usłyszeniu tonu o wysokiej częstotliwości, otrzymywały wodę. Ale jeśli naciskały dźwignię, gdy słyszały ton o niskiej częstotliwości, otrzymywały nieprzyjemny powiew powietrza. Myszy nauczyły się także bardziej zdecydowanie naciskać dźwignię, gdy tony były głośniejsze. Gdy głośność była niższa, były bardziej niepewne, czy powinny naciskać, czy nie. Gdy badacze zahamowali aktywność ośrodka współczulnego, części mózgu, który produkuje noradrenalinę, myszy były bardziej niezdecydowane, czy nacisnąć dźwignię, gdy słyszały dźwięki o niskiej głośności. Sugeruje to, że noradrenalina sprzyja podejmowaniu ryzyka związanego z potencjalnym otrzymaniem nagrody w sytuacjach, w których jej uzyskanie jest niepewne, jak diabełek siedzący na ramieniu i szepczący "zrób to, zrób to, otrzymasz coś fajnego". Gdzie w tym wszystkim niespodzianki? Otóż, gdy myszy otrzymywały oczekiwaną nagrodę, przypływy noradrenaliny były niewielkie. Natomiast gdy wynik próby był niespodzianką i stanowił dla zwierzęcia zaskoczenie, przypływ był znacznie większy. Na przykład, gdy mysz zamiast spodziewanej nagrody otrzymała karę, mózg wysyłał duży impuls noradrenaliny. Myszy wykazywały również przypływ noradrenaliny podczas prób, w których otrzymywały nieoczekiwaną nagrodę. Te wybuchy wydawały się rozprowadzać noradrenalinę do wielu części mózgu, w tym do kory przedczołowej, gdzie odbywa się planowanie i inne wyższe funkcje poznawcze.

Arkadiusz 10:49

A co z innymi funkcjami, czy człowiek może nauczyć się umiejętności, którą wykorzystują inne gatunki zwierząt? Poznanie czynników, które decydują o tym, czy dana osoba jest w stanie skutecznie nauczyć się nowej umiejętności sensorycznej, jest niezbędne do zrozumienia, jak mózg adaptuje się do zmian. Odpowiedź przynoszą wyniki badań nad wpływem ślepoty i wieku na uczenie się złożonej umiejętności słuchowej: echolokacji opartej na klikaniu, czyli generowaniu dźwięku przy użyciu języka i podniebienia. Wcześniejsze badanie wykazały, że osoby niewidome wykazują lepsze umiejętności w odniesieniu do funkcjonowania słuchu przestrzennego. A to od razu przynosi skojarzenia z echolokacją, czyli zdolnością do wykorzystywania odbitego dźwięku do uzyskiwania informacji o otoczeniu, którą w sposób mistrzowski opanowały nietoperze. Ale także człowiek może nauczyć się i wykorzystywać tę umiejętność, przy czym w naszym przypadku rozróżnia się echolokację pasywną i aktywną. W przypadku echolokacji biernej człowiek nasłuchuje emisji i echa, gdy emisja pochodzi z innych źródeł niż on sam, np. z pól dźwiękowych otoczenia lub od innej osoby mówiącej, która wydaje dźwięki ustami. W przypadku echolokacji aktywnej osoba sama emituje dźwięki i wykorzystuje echa z nich pochodzące, np. echa własnych kliknięć ustami, kroków czy stuknięć laską. Badania laboratoryjne wykazały, że echolokacja oparta na kliknięciach zapewnia korzyści sensoryczne przewyższające echolokację pasywną i aktywną. W badaniu sprawdzono, jak ludzie uczą się echolokacji w ciągu 10 tygodni w 20 sesjach, każda o długości od 2 do 3 godzin. Ale badano nie tylko osoby niewidome, ale również te widzące i osoby starsze, chcąc sprawdzić, jak wiek wpływa na umiejętności uczenia się echolokacji. W coraz bardziej starzejących się populacjach, utrata wzroku związana z wiekiem dotyka obecnie więcej osób niż kiedykolwiek wcześniej, około 80% osób tracących wzrok ma 50 lat lub więcej. Przez kilka tygodni uczestnicy byli szkoleni w poruszaniu się po labiryntach, korytarzach ułożonych w kształcie litery T, zakrętów w kształcie litery U i zygzaków oraz rozpoznawaniu wielkości i orientacji obiektów za pomocą kliknięć ustami. Wyniki badania dowiodły, że zarówno osoby widzące, jak i niewidome znacznie poprawiły się we wszystkich pomiarach, a w niektórych przypadkach pod koniec szkolenia osiągały wyniki porównywalne z echolokatorami będącymi ekspertami. Nieco zaskakujące jest to, że w niektórych przypadkach osoby widzące osiągały lepsze wyniki niż osoby niewidome, a więc utrata wzroku nie dała im przewagi w uczeniu się echolokacji opartej na klikaniu. Analizy sugerują, że można wytłumaczyć młodszym wiekiem lub lepszym słyszeniem grupy widzącej, a niekoniecznie lepszym wzrokiem, potrzebne są dalsze badania, aby sprawdzić w jaki sposób wiek początku ślepoty może wpływać na uzyskane przez nich wyniki. Badanie nie przyniosło też dowodów na negatywny związek między wiekiem, a wynikami w zadaniach praktycznych, co sugeruje, że wiek raczej nie jest czynnikiem ograniczającym uczenie się tych umiejętności echolokacyjnych. Tu jednak potrzebne są dalsze badania na większej liczbie uczestników. Co więcej, w badaniu kontrolnym wszyscy uczestnicy, którzy byli niewidomi, stwierdzili poprawę sprawności ruchowej, a trzeba tu zaznaczyć, że przed wzięciem udziału w szkoleniu byli kompetentnymi użytkownikami lasek lub psów przewodników i byli w stanie samodzielnie się poruszać. Po treningu echolokacji 83% z nich stwierdziło większą niezależność i lepsze samopoczucie. Ma to pozytywne implikacje dla rehabilitacji osób z utratą wzroku lub we wczesnych stadiach postępującej utraty wzroku. Te nieco zaskakujące wyniki pokazują, że ślepota i wiek odgrywają jedynie niewielką rolę w uczeniu się echolokacji, zwłaszcza w zadaniach praktycznych, a trening doprowadził do znaczących zmian w zachowaniu wszystkich uczestników. Zatem każdy moment jest dobry, aby rozpocząć naukę echolokacji opartej na klikaniu. Echolokacja nie jest obecnie nauczana jako element szkolenia i rehabilitacji ruchowej osób niewidomych i dobrze byłoby zapewnić szkolenie tej umiejętności jako część instrukcji orientacji i poruszania się dla osób z upośledzeniem wzroku.

Arkadiusz 15:05

Badania naukowe starają się wpływać na życie ludzi na różne sposoby. Jednym z nich jest podpatrywanie przyrody i kopiowanie od niej mechanizmów przekuwając je w technologiczne rozwiązania. Tym zajmuje się bionika, czyli inżynieria inspirowana biologią, a z jej zdobyczy każdy z nas korzysta na co dzień. Jednym z przykładów mogą być rzepy z ich haczykami i pętelkami, które zaprojektowano na wzór koszyczków kwiatowych łopianu. W nowym badaniu naukowcy przyjrzeli się jemiole, roślinie pasożytniczej, która rozprzestrzenia się za pomocą swoich lepkich nasion. Mechanizm zatrudnia ptaki do pomocy, zjadają one owoce jemioły, a następnie wydalają nasiona, które przyklejają się do wszystkiego, czego dotkną - drewna, piór, futra, ale najlepiej, gdy przylegają do innego drzewa, na którym jemioła może pasożytować. Tym, co sprawia, że nasiona jemioły są tak lepkie, jest naturalny klej celulozowy. Postanowiono bliżej przyjrzeć się tej substancji i wykorzystać ją do stworzenia produktów inspirowanych biologią. Naukowcy byli w stanie przetworzyć mokre włókna z jemioły pospolitej i rozciągnąć je w cienkie folie lub trójwymiarowe kształty. Z każdej jagody jemioły można było wytworzyć do dwóch metrów nici. Wykazano, że przywiera ona do materiałów syntetycznych: metali, tworzyw sztucznych i szkła, ale także do tkanek biologicznych, takich jak skóra i chrząstki. Włókna jemioły są niezwykle sztywne, a jednocześnie elastyczne i zdolne do łączenia się i samo regeneracji, co jest możliwe dzięki cyklicznym zmianom wilgotności prowadząc do łączenia się wielu włókien. Nie są znane dokładne mechanizmy chemiczne, które to umożliwiają, zatem przyszłe badania muszą skupić się na poznaniu cech łączących wyjątkowe właściwości mechaniczne z wewnętrzną zdolnością do samo regeneracji i zgrzewania kontaktowego. Szczególnie zdolność przylegania do skóry czyni klej z jemioły atrakcyjnym kandydatem na środek do uszczelniania ran lub pokrywania skóry. W szczególności, obserwacja, że leptyna z jemioły może przylegać do chrząstki jest szczególnie godna uwagi, biorąc pod uwagę ogromne wyzwania związane z opracowaniem skutecznych klejów do mokrych powierzchni w tkankach biologicznych. Wilgoć pochodząca z wilgoci skóry wydaje się wystarczająca do utrzymania elastycznej i lepkiej warstwy przez co najmniej kilka dni, nawet podczas krótkiego mycia, a mimo to można ją łatwo usunąć przy odrobinie tarcia. A prosta obróbka z użyciem oliwy z oliwek lub orzechów włoskich pozwala uzyskać większą, mniej lepką, gładką błonę, która jest wygodna do noszenia i bardziej elastyczna, co pozwala na jej użycie przy ranach znajdujących się na przykład na rękach czy w miejscach często się zginających. Chociaż te elastyczne włókna mogą przyklejać się do różnych materiałów, klej może być również w pełni usunięty w wilgotnych warunkach. Siła klejenia określona została na co najmniej 3-krotnie niższą niż siła klejenia standardowych syntetycznych klejów do drewna. Ale w przeciwieństwie do produktów na bazie ropy naftowej, te naturalne włókna są produkowane i przetwarzane w zrównoważonych i przyjaznych dla środowiska warunkach, a ponadto są bioodnawialne, biodegradowalne i prawdopodobnie biokompatybilne. Obecnie mechanizmy chemiczne i fizyczne kleju z jemioły są całkowicie nieznane, przyszłe badania pozwolą zatem na lepsze zrozumienie zachowania naturalnego materiału, skupią się na sprawdzeniu potencjalnych skutków ubocznych tego rozwiązania i zapewnią mocniejsze podstawy do realizacji zastosowań inspirowanych biologią.

Arkadiusz 18:33

A na koniec krótkie spojrzenie na świat internetowych przestępstw. W zeszłym tygodniu hakerzy przeprowadzili bowiem największy w historii atak DDoS z wykorzystaniem protokołu HTTPS. Ataki tego typu polegającą na zaatakowaniu ofiary z wielu miejsc jednocześnie, zasypując go fałszywymi próbami skorzystania z usług, jakie oferuje. Atakowany komputer musi przydzielić pewne zasoby takie jak pamięć czy pasmo sieciowe do każdego z takich pojedynczych zapytań, ale gdy jest ich bardzo dużo powoduje to wyczerpanie możliwości atakowanego komputera i w konsekwencji przerwę w działaniu lub całkowite zawieszenie usługi. Takie ataki mogą być groźne nie tylko ze względu na przerwanie dostępu do stron internetowych czy systemów bankowych, ale także do infrastruktury krytycznej obsługującej zaopatrzenie w energię, łączność czy ochronę zdrowia. Firma Cloudflare, specjalizująca się w łagodzeniu skutków ataków DDoS, ogłosiła, że udało jej się zapobiec rekordowemu atakowi, zanim zdołał on wyrządzić jakiekolwiek realne szkody. Podczas tego ataku w ciągu każdej sekundy do komputera-ofiary kierowanych było 26 000 000 zapytań, które wysyłało tam ponad 5 000 atakujących komputerów. W ciągu 30 sekund wygenerowanych zostało 212 milionów żądań za pośrednictwem ponad 1500 sieci zlokalizowanych w 121 krajach na całym świecie. Do ataku prawdopodobnie wykorzystano porwane serwery i maszyny wirtualne, a nie lodówki, odkurzacze, żarówki i inne tego typu urządzenia podpięte do Internetu, a należące do nieświadomych użytkowników, co także się zdarza, ze względu na kiepskie zabezpieczenia takich domowych urządzeń.

Arkadiusz 20:14

I to już wszystko w dzisiejszej audycji, na kolejny odcinek podkastu Naukowo zapraszam już w sobotę, dziękuję Wam za uwagę, do usłyszenia!