Dr. Ivica Puljak u novoj kolumni za naš portal daje odgovore na aktualna znanstvena pitanja i zagonetke svijeta oko nas. Svakog tjedna piše o zanimljivim, poučnim, pa i kontroverznim temama; prirodnim fenomenima, znanstvenim novostima, povijesnim zagonetkama i trendovima razvoja tehnologije.
Precizno izmjereno koliko se elemenata proizvodi u supernovi - eksploziji zvijezde koja u kratkom vremenskom periodu sjajem nadmaši cijelu galaksiju
Ljudsko tijelo se sastoji od oko 7 milijardi milijardi milijardi atoma (7 000 000 000 000 000 000 000 000 000) i to znamo točno kojih: 65% našeg tijela, po masi, je kisik, 18,5% je ugljik, 9,5% je vodik, 3,2% je dušik i tako dalje. U našem tijelu ima elemenata poput bakra, kobalta, željeza, silicija, kositra, pa čak i cinka. Mi smo, dakle, apsolutno jedinstvena i nevjerojatna nakupina od oko 7 milijardi milijardi milijardi atoma, koje je priroda sastavila najprije od hrane koju je naša mama jela i zraka kojeg je udisala, a zatim od hrane koju smo mi jeli i zraka kojeg smo udisali, u procesu kojeg je evolucija optimizirala u proteklih tri i po milijarde godina.
Odgovor na pitanje “Odakle dolaze ti atomi?” je istovremeno i odgovor na jedno od vječnih pitanja ljudskog postojanja “Odakle dolazimo?”. Zanimljivo je da odgovor na to pitanje znamo: najveći dio naših atoma dolazi ili iz prvih sekundi Velikog praska, koje se dogodio prije 13.8 milijardi godina ili iz zvijezda, koje su te atome proizveli ili dok su gorili ili u svojim ujedinjavanjima i eksplozijama.
Prošli tjedan su znanstvenici iz NASA-inog Chandra X-ray opservatorija detaljno analizirali ostatke supernove Kasiopeja A [1], ostatka zvijezde koja je eksplodirala oko 1680. Godine i par tjedana bila sjajnija nego sve zvijezde u našoj galaksiji zajedno. Kasiopeja A je udaljena od nas oko 11 000 svjetlosnih godina (oko 110 milijuna milijardi kilometara) i baš zato što je tako blizu i tako nedavno je eksplodirala, predstavlja izvanredan objekt za proučavanje kako zvijezde proizvode elemente i što se događa kada eksplodiraju. Kasiopeja A, ostatak eksplozije zvijezde koju zovemo supernova. Slika: NASA/CXC/SAO
Evo što su znanstvenici saznali: eksplozija zvijezde je u svemir poslala količinu sumpora koja odgovara masi oko 10 000 puta većoj od Zemlje, oko 20 000 masa Zemlje silicija, oko 70 000 masa Zemlje željeza i oko milijun masa Zemlje kisika. U prethodnim istraživanjima je pronađen dušik, ugljik, vodik i fosfor te kombinacijom s ostalim pronađenim elementima zaključujemo da su svi sastavni dijelovi molekule DNK razasuti u svemir tijekom eksplozije. Sav kisik u Sunčevom sustavu je mogao doći iz ovakve eksplozije, kao i na primjer polovica kalcija i 40% željeza. Ostatak ovih elemenata je vjerojatno došao iz manjih eksplozija zvijezda.
Ostatak supernove Kasiopeja A, kako ga vidimo danas, je veličine oko 100 milijardi kilometara i širi se brzinom od oko 5 000 kilometara u sekundi. Nastavit će se širiti još tisućama godina, na radost svih sadašnjih i budućih astronoma. [2]
[1] “Chandra Reveals the Elementary Nature of Cassiopeia A”, 12 December 2017, http://chandra.harvard.edu/
[2] M. Starr, “We Finally Know What Elements Are Contained in an Exploded Supernova”, 13 December 2017, http://www.sciencealert.com/
Spektakularni napredak u kvantnom računarstvu - predstavljen dizajn kompletnog silicijskog kvantnog mikroprocesora
Jedan od najvažnijih izuma u povijesti ljudskog roda je mikroprocesor: elektronički sklop u srcu svakog računala s milijarde sitnih uređaja koji rade zajedno i manipuliraju dva različita stanja tih uređaja, nazvanih nule i jedinice ili bitovi. Tehnologija njihove integracije je danas jedna od najmoćnijih tehnologija u modernom svijetu.
S druge strane, najnovija tehnologija u polju računarstva se naziva “kvantno računarstvo” i u nju se polažu velike nade za budućnost. Osnovna gradivni elementi kvantnog računarstva su takozvani qubitovi, posebna stanja u kojima kvantni sistemi egzistiraju, a predstavljaju istovremenu kombinaciju nule i jedinice, te se s njima može paralelno računati s ogromnom računalnom brzinom i snagom. Ova tehnologija je toliko moćna da bismo jednog dana kvantnim računalima mogli raditi operacije koje su milijunima puta brže nego operacije koje radimo najmoćnijim računalima danas u svijetu.
Prošli tjedan su znanstvenici iz Nizozemske i Australije pokazali kako bismo mogli kvantno računalo izraditi istom vrstom tehnologije kakva se koristi u izradi današnjih mikroprocesora [3]. Upravljanjem elektrodama iznad qubitova može se kontrolirati njihovo kvantno stanje koje nazivamo spin, a upravljanjem elektrodama između qubitova može se njima računati.
Tehnologija kvantnih računala na silicijskim čipovima mogla bi za kvantno računanje predstavljati ključan korak za razvoj potpuno nove generacije računala koja će ostaviti neizbrisiv trag na razvoj ljudske civilizacije.
Više o ovom otkriću možete naći na [4]. Silicijski čip s qubitovima. Slika: Tony Melov/UNSW
[3] M. Velhorst et al, “Silicon CMOS architecture for a spin-based quantum computer”, 15 December 2017, Nature Communications 8, Article number: 1766 (2017), https://www.nature.com/
[4] ”Complete design of a silicon quantum computer chip unveiled”, 15 December 2017, https://phys.org/news/2017-12-
Napokon smo naučili kako stanice imunološkog sustava zapamte bolesti protiv kojih su se uspješno izborili
Nekima od nas je teško zapamtiti događaje ili lica ljudi koje smo sreli prije 30-tak godina. Ali, na sreću, stranice našeg imunološkog sustava nisu tako zaboravne, a sada znamo i kako to uspijevaju.
Znanstvenici sa Sveučilišta u Berkeleyu su novim pokusima uspjeli popuniti nedostajuće dijelove u našem razumijevanju mehanizama koje imunološki sustav koristi za borbu protiv bolesti koje je već jednom susreo i protiv kojih se već uspješno borio [5]. U pacijente su ubrizgali izotop vodika za označavanje bijelih krvnih zrnaca i praćenje posebnih virusa od infekcije do imuniteta, kako bi snimili različite korake u procesu imunizacije.
Do sada smo znali da postoje dva tipa stanice: B-stanice, koje stvaraju i izlučuju antitijela i djeluju kao označivači “zločestih stranih tijela” i T-stanice, koje izvode razne vrste imunoloških zahvata na tim stranim uljezima. Sve one uključuje i tipove stanica koje djeluju kao stanični povjesničari, čija uloga je čuvati ostatke starih bitaka, nešto kao ratni veterani. Kako se sve ovo točno odvija u našem tijelu je do sada bilo nejasno, ali je ovo istraživanje razjasnilo cijelu sliku. Glavnu ulogu u procesu imaju citotoksične ‘CD8+’ T-stanice. Jedan dio tih “ubojica zločestih stanica” se žrtvuje u slavnoj bitci protiv “neprijatelja”, ali sada znamo da se jedan dio njih, i nakon uspješnog završetka rata, zadrži u okolini, kako bi brzo reagirali ukoliko se tumor ili neki patogen ponovo vrati. Obične T-stanice imaju poluživot oko 30-tak dana, dok ovi “ratni veterani” ostaju na straži i po desetke godina, čuvajući nas od eventualnog povratka neprijatelja.
Razumijevanje ovih procesa vrlo je važno za razvoj novih lijekova kao i za razumijevanje razlika između raznih bolesti, kako bismo bolje mogli upotrijebiti imunološki sustav svakog pojedinog pacijenta. [6] Slika: http://winniefannon.com
[5] R. S. Akody et al, “Origin and differentiation of human memory CD8 T cells after vaccination”, 13 December 2017, Nature, https://www.nature.com/
[6] M. Mcrae, “We Finally Know How Our Immune Cells Remember Diseases For So Long”, 15 December 2017, http://www.sciencealert.com/
