Dzień dobry, ja nazywam się Arkadiusz Polak, słuchacie podkastu Naukowo, a w dzisiejszym odcinku opowiem Wam o walce z bakteriami, kapryśnych rzekach i motylach lecących do ciepłych krajów. Sprawdzimy też czy istnieją planety z deszczami lawy oraz czy ogrody na dachach rzeczywiście pomagają w upałach. Zanim zaczniemy tradycyjna prośba o udostępnienie i polubienie tego odcinka, a jeśli chcielibyście wspierać moją działalność dobrowolną wpłatą to zapraszam do serwisu Patronite, za jego pośrednictwem zrobicie to szybko i wygodnie. Link znajdziecie w opisie tego odcinka, podobnie jak odnośniki do naszego serwera Discord oraz do strony Naukowo.net gdzie znajdziecie więcej artykułów naukowych przetłumaczonych na język polski. Zapraszam i zaczynamy.

Ponad 90 lat. Od takiego czasu posiadamy w zasobach medycyny antybiotyki, które leczą i zapobiegają infekcjom bakteryjnym. Trudno nawet ocenić, ilu ludzi ocaliły. Ale natura nie stoi w miejscu, bakterie opracowują nowe mechanizmy obronne, a antybiotyki stają się z czasem mniej skuteczne w zwalczaniu chorób. Obecnie Centrum Kontroli i Prewencji Chorób w USA szacuje, że każdego roku w samych Stanach Zjednoczonych dochodzi do prawie 3 milionów zakażeń lekoopornych. Dlatego nauka poszukuje nowych metod walki z bakteriami opartych na innych mechanizmach niż antybiotyki. Jednym z takich środków może być zastosowanie ciągów aminokwasów, zwanych peptydami, które wykazują skłonność do neutralizowania ataków bakteryjnych, ze względu na ich zdolność do szybkiego identyfikowania i niszczenia szerokiej gamy patogenów, nawet tych odpornych na antybiotyki. Aminokwasy to w uproszczeniu związki chemiczne, które budują białka, a te z kolei są cegiełkami żywych organizmów, także naszych. Peptydy to właśnie takie bardzo proste ciągi aminokwasów. Przykładem takich peptydów przeciwdrobnoustrojowych jest aureina, która składa się tylko z 13 aminokwasów. Po raz pierwszy odkryta u australijskich żab drzewnych, syntetycznie wytworzone wersje okazały się skuteczne w zwalczaniu różnych bakterii. W jaki sposób? W uproszczeniu komórki bakterii posiadają ściany zbudowane z cząsteczek lipidowych. Peptydy przeciwdrobnoustrojowe naładowane są dodatnio i do tego niezbyt lubią wodę, w której pływają komórki bakterii, a zatem wiążąc się z komórką bakteryjną naładowaną ujemnie, zagnieżdżają się w błonie komórkowej chcąc uniknąć kontaktu z wodą. Gdy peptydy występują w większych ilościach, drążą one otwory w ściankach bakterii, a to patogen osłabia. Wadą tego rozwiązania jest to, że opracowanie leków o wysokim stężeniu peptydów jest kosztowne i może wywołać efekty uboczne u pacjentów. Nowe eksperymenty dostarczyły szczegółów na temat tego, jak takie peptydy blokują infekcje bakteryjne pokazując też, że aureina działa nieco inaczej. Badania te wykazały, że aureina zamiast przebijać dziury w błonach bakteryjnych, jak robią to inne peptydy, zaburza równowagę elektrostatyczną błon. Nie potrzeba ich także bardzo dużo, bo nawet niskie stężenie dodatnio naładowanej aureiny, powoduje, że cząsteczki ściany bakterii spowalniają swój ruch. Tworzą też skupiska z innymi podobnie naładowanymi cząsteczkami lipidów w błonie komórkowej. A to doprowadza do zwiększenia grubości i mniejszej elastyczności ściany bakterii, przez co nie jest ona w stanie tak szybko się zregenerować, jej integralność strukturalna jest osłabiona i jest ona mniej zdolna do wykonywania swoich normalnych funkcji. Można to porównać do działania mrozu na wodę - ujemne temperatury powodują, że cząsteczki wody są mniej ruchliwe zamieniając ciecz w lód. A lód jest sztywny, kruchy i łamliwy - podobnie dzieje się z bakteriami po takim peptydowym oddziaływaniu. Dane uzyskane dzięki tym badaniom pomogą naukowcom lepiej zrozumieć zawiłości obrony bakterii przed leczeniem za pomocą peptydów przeciwdrobnoustrojowych i mogą posłużyć do opracowania przyszłych strategii w walce z infekcjami w świecie coraz bardziej odpornym na antybiotyki.

Kolejne badanie, o którym opowiem tez dotyczy zmian w zachowaniu, ale tym razem w zachowaniu rzek. W sierpniu 2008 r. rzeka Kosi, która zazwyczaj płynie od Himalajów w Nepalu do równiny Gangesu, gwałtownie przesunęła się o 120 kilometrów na wschód. Spowodowało to wystąpienie z brzegów i zalanie setek wiosek w Nepalu i indyjskim stanie Bihar, a niemalże milion osób musiało się ewakuować z zalanych terenów. Z tych zrozumiałych powodów, ludzie chcieliby, żeby rzeki zachowywały się przewidywalnie i zgodnie z planami zagospodarowania danego terenu przez człowieka i po to stosuje się na przykład wały czy zapory. Szacuje się, że w bezpośrednim sąsiedztwie delt rzek mieszka około 300 milionów ludzi. Ale rzeki mogą gwałtownie zmieniać kierunek biegu w rzadkich przypadkach zwanych awulsjami. Konsekwencje takich zdarzeń są różnorakie. Pozostawiają one po sobie żyzne ziemie na terenach zalewowych i pomagają budować zróżnicowane ekosystemy w deltach rzek. Ale w czasach panowania ludzi i rozwijających się miast, powodzie mogą zniszczyć pobliskie osady ludzkie. Zdarza się to jednak dość rzadko, dlatego nie był znany mechanizm stojący za takimi wydarzeniami. Nowe badanie jest pierwszym takim na skalę globalną, gdyż naukowcy przeanalizowali zdjęcia satelitarne z ostatnich 50 lat i udokumentowali 113 awulsji na całym świecie, które wystąpiły od roku 1973. Zauważono trzy główne kategorie awulsji: w pierwszej woda płynąca z górskiej doliny rozlewa się na tereny równinne. W drugim znaczeniu płynąca rzeka rozlewa się w taki sposób, że tworzy wiele mniejszych strumieni na większym terenie. Trzeci przykład awulsji rozgrywa się w górze rzeki, znacznie wyżej niż wcześniej sądzono. Wysunięto tezę, że lokalizacja awulsji na deltach rzek jest uzależniona od zasięgu erozji wywołanej powodziami. Gdy rzeki zrywają brzegi, erodują otaczające je grunty, a przy wystarczającej liczbie powodzi i zmian w krajobrazie rzeka może gwałtownie wytyczyć nową, bardziej korzystną trasę. Przewiduje się, że powodzie, które powodują awulsje, będą coraz częstsze w ocieplającym się świecie. A podnoszący się wskutek ocieplania klimatu poziom mórz napiera na delty rzek z drugiej strony i w wyniku tych procesów wzrasta presja na rzeki i ryzyko awulsji. Zagrożenie zalewaniem osad ludzi jest zatem coraz większe, nawet w rejonach, które do tej pory nie notowały takich zjawisk. Być może badania nad tymi procesami pomogą człowiekowi lepiej planować i zarządzać rzekami w czasach zmieniających się warunków na Ziemi.

Do takich warunków usiłują się przystosować nie tylko ludzie, ale też różne gatunki zwierząt, z rożnym skutkiem. Nowe badania wskazują na to, że jeden z gatunków motyla - monarcha, znalazł na to sposób. Gatunek ten jest motylem wędrownym, migruje z południowo-wschodniej Kanady i północno-zachodnich Stanów Zjednoczonych. Motyle te robią tak ponieważ niezbyt lubią niskie temperatury, a podróż tysiące kilometrów na południe pozwala im przezimować ten okres w Meksyku. Po przybyciu na miejsce gigantyczne kolonie motyli żyją w meksykańskich lasach, pokrywając nawet do 6 hektarów powierzchni lasu, jak wykazało badanie z 2018 roku. Ponieważ motyli jest cała masa, nie oblicza się ich liczby, ale raczej powierzchnię lasów, które zajmują, gdy gromadzą się na konarach drzew. Obliczenia z roku 2020 wskazują, że motyle zajmowały już tylko 2,1 hektara, a dzieje się tak niestety w skutek wylesiania Meksyku. Motyle te szybko tracą swoje naturalne siedliska, a dodatkowo wycinka drzew pod rolnictwo powoduje mniejszą obfitość trojeścia, jedynej rośliny, którą żywią się gąsienice monarchów. Także zmiany klimatu przyczyniły się do zmniejszania populacji motyla, ponieważ są one bardzo wrażliwe na ekstremalne warunki pogodowe, a temperatura jest dla nich podstawowym czynnikiem podczas rozmnażania. W drugiej połowie grudnia 2021 roku zarejestrowano 10 kolonii motyli monarchy obejmujących 2,8 hektarów lasu, co stanowi 35% wzrost w stosunku do roku 2020. Co ciekawe wygląda na to, że motyle uczą się przystosowywać do bardziej ekstremalnych warunków pogodowych spowodowanych zmianami klimatu. Motyle monarchy zaczęły odlatywać z Meksyku już w lutym, czyli około miesiąca wcześniej niż w poprzednich latach, co pozwoliło im wydostać się z kraju zanim susza i upały dotknęły północną jego część w kwietniu i maju. Susza, trudne warunki pogodowe i utrata siedlisk, a także stosowanie pestycydów i herbicydów oraz zmiany klimatu stanowią zagrożenie dla migracji gatunku. Warto więc odnotować fakt, że natura sama stara się przeciwdziałać i regulować zachowanie zwierząt, próbując dostosować ich migrację do coraz bardziej niekorzystnych warunków. Co ciekawe w 2018 roku przed jednym z bloków w Białymstoku pracownik tamtejszego uniwersytetu znalazł ten gatunek motyla. Zdaniem biologów prawdopodobna jest hipoteza, że znaleziony motyl nie przebył samodzielnie drogi z Anglii, gdzie czasem pojedyncze osobniki są spotykane, a raczej pochodził z hodowli, z której bądź uciekł, bądź został celowo wypuszczony.

Dokładnie tak samo jak wypuszczony przez NASA w kosmos został teleskop Jamesa Webba, wysłany tam 25 grudnia 2021 roku za pomocą rakiety Ariane 5. To zaawansowane urządzenie składa się z czterech zwierciadeł, a główne z nich zbudowane jest z 18 elementów ułożonych w formie plastra miodu. Zwierciadła są wykonane z berylu, na doskonale wypolerowane elementy naniesiono 100 nm czystego złota, a to wszystko pokryto dodatkowo warstwą krzemionki, zabezpieczającą urządzenie przed uszkodzeniami mechanicznymi. Wszystko po to, aby teleskop mógł obserwować przestrzeń kosmiczną w podczerwieni, przede wszystkim odległe obiekty powstałe kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Aby odbierać tak słabe sygnały teleskop musi być utrzymywany w bardzo niskiej temperaturze prawie –230 stopni Celsjusza. Przedwczoraj NASA opublikowała pierwsze plany dotyczące pracy tego teleskopu, który ma obserwować dwie egzoplanety sklasyfikowane, ze względu na ich rozmiar i skład skalny, jako super-Ziemie. Jedna z nich, pokryta lawą planeta o nazwie 55 Cancri e, krąży dookoła swojej gwiazdy, podobnej do naszego Słońca, w odległości mniejszej niż 2,4 miliona kilometrów, a rok trwa tam mniej niż 18 godzin. To bardzo niewiele w kosmicznej skali, co powoduje, że powierzchnia planety jest bardzo rozgrzana do temperatur przekraczających wartości topnienia typowych minerałów tworzących skały. Oznacza to, że niektóre części jej powierzchni mogą być pokryte oceanami lawy. Do tej pory uważano, że tego typu planety są tak ustawione, że jedna ich strona jest zawsze zwrócona w stronę gwiazdy. Ale obserwacje NASA sugerują, że najgorętszy region jest odsunięty od części zwróconej najbardziej bezpośrednio w stronę gwiazdy. Natomiast całkowita ilość ciepła wykrywana od oświetlonej przez gwiazdę strony zmienia się. Jedną z hipotez wyjaśniających tę obserwację może być fakt, że planeta ma dynamiczną atmosferę, która przemieszcza ciepło, złożoną z azotu lub tlenu. I tu do pracy przystępuje teleskop Jamesa Webba, który ma odpowiednią czułość i zakres długości fal, aby potencjalną atmosferę wykryć i określić, z czego jest zbudowana. Inna hipoteza mówi o tym, że planeta jednak kręci się wokół własnej osi i posiada cykl dzień-noc. Takie założenie zakłada, że powierzchnia nagrzewałaby się i topiła, a nawet parowała w ciągu dnia, tworząc bardzo cienką atmosferę. Wieczorem para ulegałaby ochłodzeniu i skraplała się, tworząc kropelki lawy, które spadają z powrotem na powierzchnię i po zapadnięciu zmroku ponownie stają się skałą. Nowy teleskop posiada odpowiednie instrumenty, aby wykryć takie potencjalne deszcze lawy. Drugą planetą wziętą pod lupę jest nieco chłodniejsza super-ziemia LHS 3844 b. Ta również krąży bardzo blisko swojej gwiazdy, wykonując jeden obrót w ciągu 11 godzin. Ale ponieważ jej gwiazda jest stosunkowo mała i chłodna, planeta nie jest wystarczająco gorąca, aby jej powierzchnia była stopiona. Ponadto, wcześniejsze obserwacje wskazują, że planeta najprawdopodobniej nie posiada znaczącej atmosfery. Przy użyciu teleskopu Jamesa Webba naukowcy chcą zbadać jej powierzchnię za pomocą spektroskopii. Różne rodzaje skał mają różne widma, na przykład granit jest jaśniejszy niż bazalt. Podobne różnice występują w świetle podczerwonym, które emitują skały i to w taki sposób możemy dowiedzieć się z czego zbudowane są odległe planety. Tylko w naszej galaktyce potwierdziliśmy do tej pory istnienie 5 tysięcy egzoplanet. A nowy teleskop pomoże nam analizować takie planety podobne do Ziemi, pomagając pogłębiać naszą wiedzę o tym jak mogła wyglądać Ziemia we wczesnych etapach swojego istnienia.

Sięgając wstecz możemy dowiedzieć się więcej nie tylko o procesach kosmicznych, ale także o historii człowieka i wydarzeń nieco nam bliższych. A dużą rolę może odgrywać przy tym genetyka. W 79 roku n.e. w Pompejach w środkowych Włoszech doszło do erupcji Wezuwiusza. Pompeje były wówczas nie tylko ważnym miastem handlowym, ale stanowiły także atrakcyjną miejscówkę do wypoczynku dla zamożnych Rzymian. Tego feralnego dnia stały się także grobem dla 2 000 ludzi, którzy stracili życie w wyniku wybuchu wulkanu, przysypani grubą warstwą gorącego popiołu. Ponad połowa z tych osób zginęła wewnątrz swoich domów, a cały kataklizm mógł trwać mniej niż 20 minut. Dziś stanowisko archeologiczne w Pompejach jest jednym z 54 obiektów wpisanych na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO, a naukowcy podjęli próbę odzyskania DNA z ludzkich szczątków z Pompejów. Nie było to proste, ponieważ wysokie temperatury niszczą kości i zmniejszają jakość i ilość możliwego do uzyskania DNA. Z drugiej strony, możliwe było również, że materiały pochodzące z erupcji wulkanu, którymi pokryte były szczątki, mogły je chronić przed czynnikami, które niszczą DNA takimi jak tlen. Z kości gnykowej dwóch szkieletów, mężczyzny i kobiety, naukowcy wyodrębnili i zsekwencjonowali DNA, ale jakość materiału pozwoliła na analizę tylko jednego z nich. Wykazała ona, że mężczyzna miał wspólne z innymi osobami markery genetyczne, bliskie istniejącym wówczas ludom śródziemnomorskim, głównie Włochom i Sardyńczykom. W badaniu paleopatologicznym przeprowadzonym na tym osobniku rozpoznano również gruźlicę kręgosłupa - najczęstszą odmianę gruźlicy, obejmującą elementy kostne oraz jedną z najczęstszych i najbardziej wyniszczających chorób w historii ludzkości. Zwiększona gęstość zaludnienia, która charakteryzowała początek ery rzymskiej, prawdopodobnie w związku z rozwojem miejskiego stylu życia Rzymian, sprzyjała rozprzestrzenianiu się gruźlicy w całych Włoszech. Badania te potwierdzają i demonstrują możliwość zastosowania nowoczesnych metod do badania szczątków ludzkich. A dzięki ogromnej ilości informacji archeologicznych zebranych w ciągu ostatniego stulecia w Pompejach i przy użyciu genetyki można próbować lepiej poznawać styl życia tej fascynującej populacji z okresu cesarskiego Rzymu.

A tymczasem w teraźniejszości zbliża się lato. W kontekście częstszych i bardziej ekstremalnych fal upałów, ważne jest podejmowanie prób minimalizowania skutków, zwłaszcza w ośrodkach miejskich. Stanowią one bowiem wyspy ciepła, a temperatury w miastach są często o dziesięć stopni wyższe niż na otaczających je obszarach z powodu pochłaniania i zatrzymywania ciepła przez materiały takie jak asfalt i beton. Zresztą, każdy kto przeżył lato w mieście odczuł to na własnej skórze, zwłaszcza w miastach, gdzie odnowa ulic i placów ograniczyła się do wyłożenia wszystkiego kostką brukową i zalaniem betonem. Te głupie decyzje włodarzy miast odbijają się głównie na mieszkańcach, dlatego z nadzieją patrzę na próby odwracania tego trendu w wielu miastach w Polsce i powrotu do planowania przestrzeni z dużą ilością zieleni. Politycy muszą podejmować lepsze decyzje dotyczące infrastruktury miast, ponieważ często dotyczą one okresu następnych 30-50 lat, a więc zostaną odziedziczone przez następne pokolenie. Jedną z metod obniżania temperatur w miastach może być upowszechnienie zielonych dachów, wypełnionych roślinami i zielenią. Instytut Goddarda Studiów Kosmicznych NASA przyjrzał się zdjęciom satelitarnym trzech zielonych dachów, które zostały zainstalowane w Chicago na początku XXI wieku i porównał je ze zdjęciami wykonanymi w latach 1990-2011. Sprawdzono, jak bardzo zmieniły się temperatury powierzchni i roślinność w tych miejscach oraz w pobliskich miejscach kontrolnych, w których nie zastosowano zielonych dachów. Temperatury zostały obniżone w dwóch z trzech takich miejscach, a wyniki sugerują, że sukces zielonych dachów w obniżaniu temperatury może zależeć od różnorodności zastosowanych roślin, lokalizacji i innych czynników. Zielony dach, który nie obniżył temperatury, został zainstalowany na budynku supermarketu, który został zbudowany na pustej działce porośniętej trawą, więc ilość roślinności faktycznie zmniejszyła się po wybudowaniu sklepu. Dodatkowo wybudowano tam z materiałów nieprzepuszczalnych duży parking wokół budynku. W rezultacie być może zieleń na dachu nieco ograniczyła wpływ parkingu, ale nie uzyskano efektu chłodzenia. Istnieje też różnica pomiędzy zielonym dachem, a ogrodem na dachu. Dach zielony można założyć na każdym dachu, nawet na takim, który jest nachylony, ponieważ wykorzystuje się w nich płytkie tace dla traw lub roślin kwitnących. Natomiast ogród na dachu tworzy się zazwyczaj z głębszą glebą, aby stworzyć dom dla większej ilości gatunków roślin włącznie z drzewami, więc nadaje się tylko dach o płaskiej powierzchni. Wraz z nasileniem się globalnego ocieplenia miejskie wyspy ciepła również się powiększą, co oznacza, że zielone dachy staną się jeszcze ważniejsze. Ważne, aby pamiętali o tym włodarze miast jak i prywatni deweloperzy.

A ja dziękuję Wam dziś za uwagę, bardzo się cieszę, że wysłuchaliście dzisiejszego odcinka podkastu Naukowo. Życzę przyjemnego weekendu i zapraszam Was na kolejną audycję w najbliższą środę. Do usłyszenia!