A 2017-es tavaszi szezon második Meetupján három nagyon izgalmas, érdekfeszítő és szerteágazó témáról hallgathattunk előadásokat. Minden, amit hallottunk a tökéletes tárháza volt az ismeretszerzésnek.

Az első előadás a (d)Evolúció és jég címet viselte, amelyet Dr. Sági László, a Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézetének tudományos főmunkatársa adott elő. Tudományterülete a növényi transzformálás, így előadásának központi témája eköré szerveződött, de megfelelő számmal voltak kitekintések máshova is. Az elején kihangsúlyozta, hogy jelen esetben az evolúció és jég kapcsolatát nem matematikai alapokon mesélné el. Előadásának premisszái a következőket tartalmazták: víz nélkül nincs földi élet, az evolúció a vízen alapuló élet dinamikája, a jég egy fagyott víz. A következőkben az ezek közötti kapcsolatrendszereket fedte fel számunkra. A jéggel összefüggő életjelenségek tárgyalásakor felszínre került egy érdekes információ, miszerint az élet és a víz kapcsolata a Föld 4,6 milliárd éves története során úgy alakult, hogy a vízgőz és folyékony víz közel 4 milliárd évvel ezelőtt jelent meg, ezt követően az élet kialakulásának mérföldkövei történtek meg, majd megjelent a víz szilárd halmazállapota, a jég is. Persze számos más egyéb biotikus és abiotikus tényezők is jelen voltak, de érdekes, hogy a halmazállapotok megjelenése között alakult ki az élet. Evolúciós és földtörténeti szempontból a Föld „életidejét” 8-10 milliárd évre becsülik, bizony ez az élet túl van a delelőjén. Így van még egy „kevés” időnk a technológiai fejlődéshez és/vagy a bolygót elhagyó kiáramláshoz. Ha megfigyelünk egy 1 millió évre visszamenő skálát, akkor azt láthatjuk, hogy a glaciális és az interglaciális periódusok ciklikusan váltakoztak. Jelenleg egy felmelegedési fázisban vagyunk, ami 10-15 millió évvel ezelőtt jelent meg. Az antropogén tényezők csak felgyorsítják ezt a folyamatot, de nem idézték elő. A legtöbb időszaknak vannak nyomai, amelyek közül az állatok markánsabb és jobban elemezhető maradványokat hagynak maguk után, mint a növények. Gondoljunk csak a dinoszauruszokra vagy akár a 20-40 ezer éves tundrai/gyapjas mamutokra (Mammuthus primigenus). Ez utóbbi állat egyre gyakrabban kerül elő és egyre jobb állapotban. Méghozzá annyira jó állapotú is felszínre került, amelyen sikerült végrehajtani egy teljes genomszekvenálást. A sci-fi rajongóknak, megfelelő genetikai háttértudással jogosan csillanhat fel a szeme, ugyanis az újjáélesztés kérdése aktuálissá válhat. Minél inkább fejlődik a tudomány, annál valószínűbb lesz, hogy ez sikerülhet is. A mamutfeltámasztás példájánál maradva, a legközelebbi rokontól, az afrikai elefánttól (Loxodonta africana) mindössze 2000 génben van jelentős eltérés. Innentől kezdve két megközelítés is alkalmazható. Az egyik során az afrikai elefánt genomjában mutációkat előidézni, hogy mamutosodjon vagy a mamut genomot kell bejuttatni (hibridizáltatni) az elefántba. A növényi vonatkozásokat tekintve ilyen jégbe zárt nyom a szibériai (Kolima, Észak-Jakutia) permafrosztban (örök fagy birodalma) megtalált mag. Annak érdekében, hogy feltámasszuk a növényt belőle in vitro csíráztatni kell. Az ok, amiért a növény nem tudott kicsírázni, mert a sarki ürge (Urocitellus parryii) éléskamrájában volt. Az ürge az elraktározandó növényeket hajtásukkor egy átharapással csírátlanítja, így a folyamat megszakad. Az in vitro regenerációt a növény maglécéből (magtanya vagy placenta) szövettenyésztéssel lehet elérni. A siker akkor garantált, ha életképes utódokat lehet létrehozni. Érdekes tény, hogy a mamuttal ellentétben a szóban forgó növényeknél (habszegfű) máig nem történt genomszekvenálás a legközelebbi rokon alapfaj és a feltámasztott között. Az előadás következő koncepciója az volt, hogy ha a múltból vissza tudunk fejteni különböző „üzeneteket”, akkor hagyhatunk is valamit az utódaink számára. Hasonló megfontolásból hozták létre a Spitzbergák Nemzetközi Magbunkerét, amely a növények modernkori Noé bárkájaként is felfogható. Lényegében ez egy bányába beépített: 125 m mély, 40 m hosszú, szigorúan őrzött csőszerű bunker amely 1984-től működött és 2008-ban lett felújítva. Kapacitása 5 millió féle mintára elegendő. Fő célja a biodiverzitás megőrzése az által, hogy a terméseket fagyasztva szárítják és tárolják. Ezzel az eljárással – a jég által konzervált állatokból és növényekből kiindulva – akár 30.000 évig is lehet tárolni. Ehhez viszont szövettenyésztési technikák alkalmazása szükséges. A történelem során a különösen kegyetlennek bizonyult és utólag is számos orvosetikai vitát kavaró náci hipotermia kísérletek során a hasonló technológiát embereken (hadifoglyokon) is alkalmazták. Az alapötlet is az volt, hogy vajon a lelőtt vadászpilóták (luftwaffe) túlélése a hideg tengerben milyen arányban működött. Ennek relevanciáját orosz hadifoglyokon kísérletezve jegyzőkönyvezték le. Összesen több száz kísérletet hajtottak végre. A kísérletek vezetője egyben a híres neves ciánkapszula felfedezője, Dr. Sigmund Rascher volt. Ezek a kísérletek szolgáltak a krionika tudományág alapjainak, azaz a hosszútávú hűtve tárolás technikájának. Sok évvel és rengeteg jogi vitával a háború után Dr. James Bedford volt az első, 1967-ben, aki önszántából elsőként fagyasztatta le magát. A trend azóta is él s az ára jelenleg olyan 200.000 USD körül van. A „szolgáltatás” olcsóbb változata a neuro, amikor csak a fejet (pontosabban az agyat) fagyasztják le. A folyamat 0. feltétele a páciens klinikai halála. Ezt követően gyorsan a testet fel kell tölteni krioprotektív anyagokkal (például etilén-glikollal), majd le kell hűteni vákuumban és a tárolás folyékony nitrogénben vagy annak gőzében történik. Ennek a különös „örök életnek” a feltalálója és szabadalmazója Robert Ettinger (1918-2011). Ő alapította meg 1967-ben a Halhatalanok Társaságát, illetve a Cryonics Institute-ot, mint vállalkozást. Az egész megítélése nagyon ellentmondásos a mai napig, ugyanis mint korábban említve volt az emberek de facto halottak. S hogy hogyan is jön ehhez az evolúció és a devolúció? Ha egy olyan megközelítést alkalmazunk, ahol az adott körülményekre adott pillanatnyi választ tekintjük az evolúciónak, akkor ebben a megítélésben, ha rosszak a körülmények, akkor beszélhetünk devolúcióról is. S hogy a krionika és egyéb futurisztikus ötletek hova tartoznak az a jelen állás szerint erősen vitatott, de ki tudja, hogy pár száz év múlva milyen is lesz?

mammut

A második előadás az Integrált mikro- és nanofluidikai rendszerek molekula és sejtanalaitikai lab-on-chip eszközökben címmel került terítékre Dr. Fürjes Péter, az MTA Központi Fizikai Kutatóintézet Energiatudományi Kutatóközpont tudományos főmunkatársának tolmácsolásában. Az előadás elején meghatároztuk a kulcsmotívumot, a MEMS-t. Ez egy olyan akroníma, amely a Micro-Electro Mechanical Systems-t rejti, amely a 100 nanométer és az 1000 mikrométer közötti skálán operáló rendszerek összessége. Ha jobban el szeretnénk helyezni, akkor olyan rendszer, amely a nanotechnológia és a mezoskála között található. Előnye a nagy érzékenység, az alacsony fogyasztás és az integrálhatóság. Többnyire egy szilícium-alapú mikromechanikáról van szó. A gyártási folyamatok során alkalmazzák a litográfiát (a processzor esetében ilyen az, amikor a szilíciumszeletre rávilágítják a kapcsolási ábrát), a fizikai és a kémiai rétegleválási eljárásokat. Az intézetben egy 450 négyzetméteres tisztaszobában (clear room), 1 mikrométer felbontással lehet ábrákat rávilágítani szilíciumra, üvegre és már polimerekre is. A MEMS az autóiparban jelent meg először, de ma már a kommunikációs technikáig ér el. 2003-ban a mikrofonok szintjén, de 2007-ben már Steve Jobs mutatta be az iPhone-on. Egyik célkitűzése az emberi érzékelés leutánzása (mimézise) mind az eszközök fejlesztése céljából mind az esetleges klinikai alkalmazás céljából. Ezt a célt szolgálja a BioMEMS, aminek megvan a sajátos fizikai, kémiai és orvosi (biomedical) aspektusa. A mikromechanikai technológiákat széles körben alkalmazzák a piacon. Az orvosdiagnosztikai jelentősége nagyon nagy a vezető halálokok miatt is. A leggyakoribb indoka a szív és érrendszeri betegségek (Cardiovascular Diseases, CVD), de indokolttá teszi az agy és az idegrendszer ereinek (Cerebrovascular Diseases) is a megbetegedése. Magyarországon első helyen áll a CVD, majd a rák és a stroke. Az orvosdiagnosztikai fejlesztések során igyekeznek követni egy úgynevezett Point-of-Care (POC) trendet. Erre lab-on-chip rendszereket lehet tervezni, amelynek integrált funkciói vannak. Ilyen a folyadékkezelés (injektálás, tárolás, transzport, keverés, szűrés, reakció, inkubáció) és az integrált szenzorok (optikai, elektromos, elektrokémiai, nanomechanikai). A technológiák lehetnek szilícium alapúak (ilyen például a polidimetilsziloxán, PDMS) vagy öntésesek (gyors prototípusgyártás). Előbbire példa az UV LIGA (Ultraviolet Lithographie, Galvanoformung und Abformung). Előnye a nagyfokú biokompatibilitás, de hátránya is akad, ami a hidrofób jelleg. A mikrofluidikában folyadékok, gázok manipulációja történik mikrométeres skálán. Lehet folytonos mikrofluidika (például Newtoni folyadékkal) vagy két vagy többfázisú mikrofluidika (nem elegyedő folyadékok keverése). A digitális mikrofluidika során egy csepp polaritását megváltoztatva lehet azt permeábilissá tenni. Növényeknél a xilém másodlagos sejtfalvastagodásai működnek hasonlóképp. Állatok esetében például a texasi szarvas gyík vagy közismertebb nevén a tüskés békagyík (Phrynosoma cornutum) pikkelyei működnek hasonló elven és szállítják az állat hátát érő esővizet pikkelyek barázdái között egészen a szájáig. Az autonóm mikrofluidika egyik gyakorlati haszna egy ELTE-s közreműködéssel együtt valósult meg méghozzá a különféle vércsoportok vizsgálatához. Egy nagyságrenddel kisebb szinten, a nanofluidikai rendszereknél definiálhatjuk a molekulafelismerést nanocsatornákban/pórusokban. Ez egyfajta sztochasztikus érzékelés, amely során egy feltöltő csatornán áthaladó molekula áramcsúcscsökkenést okoz, ami kvantitatív módon megszámolható az egyedi csatornákban. Eszközei az üvegnanopipetták. Eltérő megközelítés lehet továbbá az elektrokémiai impedancia spektroszkópia (EIS). A jövő szempontjából fontos még tudni, hogy az okos rendszerek bekerülnek az orvosi gyakorlatba ezzel is könnyítve az adatfeldolgozást és kommunikációt. A biokompatibilis eszközök, az agy-gép interfész, az idegrendszerre integrálható implantált eszközök elterjedése is eléggé közeleg. Az adatbiztonsági kérdések viszont még érdekesek, ugyanis képzeljük csak el, hogy mi történne, ha ez mind össze lenne kötve az internettel?

DARPA-HI-MEMS-021

Az utolsó előadásban Dr. Vida Krisztián az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet tudományos főmunkatársa beszélt az élet-halál kérdésekről a hideg csillagok körül.

A mikroszkopikus világ eszközeitől egy nagy ugrással belevetettük magunkat a galaxis végtelen nagyságába. A csillagászok a csillagokat hőmérséklet szerinti színképosztályokba sorolják (O-B-A-F-G-K-M/L-T-Y). Utóbbi 3 kategória már az úgynevezett barna törpék közé tartozik, ugyanis ezekben a hidrogén fúziója nem tud beindulni. Ezeket ultrahideg objektumoknak is tekintjük. A további osztályozások már M0-M8-ig is megkülönböztetnek csillagokat, ugyanis M-csillagból van a legtöbb a galaxisban. Ilyen rendszerben a legkönnyebb kimutatni egy bolygót, tudniillik jobb a kontraszt és nagyobb a radiális sebességváltozás. A TRAPPIST-1 rendszerben találtak 7 Föld-szerű bolygóból álló rendszert, amelyeknek 1-20 napos keringési periódusuk van. A 7-ből 3 a lakható zónán belül található. A lakható zóna az a régió a csillag körül, ahol folyékony formában tartósan megmaradhat a víz és feltételezhetően fennmaradna rajta az élet. A rendszert egy speciális csillagászati (tranzit) módszerrel találták meg és a csillag körül keringő bolygók fedéséből következtettek. Az első Földszerű exobolygót (Kepler-186f) 2014-ben jelentették be s azóta közel egy tucatot fedeztek fel. Többek részéről jogosan merül fel a kérdés, hogy mikor indulunk? Az őszinte és realista válasz, hogy nem indulunk, mert ugyan szomszédos a fentebb említett rendszer, de 39 fényév (legnagyobb elért sebességgel is 159.000 év) így is messze van. Emellett a szakemberek valószínűsítenek egy kötött keringést is, ami például a Föld-Hold esetén is megvalósul, azaz a Hold ugyanazt az oldalát mutatja mindig. Egy bolygó esetében csak féloldali megvilágítottságnál az élet szempontjából nem feltétlenül előnyös időjárási viszonyokat tartalmazhat ez a jelenség. Az árapály erők is másképp hatnak. A csillag hőmérséklete 2500 K és a gyors forgása miatt (a mi Napunkhoz viszonyítva 28-szor gyorsabb) erős mágneses tér alakul ki körülötte. Ezek az anomáliák, átkötődő erővonalak flerekhez (erős kifényesedés) és korona-anyagkidobódásokhoz vezetnek. Az előadás igazán up-to-date aktualitása az volt, hogy 2017. március 8-ig az adatokból arra lehetett következtetni, hogy a TRAPPIST-1 talán az élet szempontjából biztonságos rendszernek minősülhet, de egy olyan mértékű flert regisztráltak, ami a környező exobolygón – ha ugyan volt is rajta élet – teljes mértékű pusztítást végzett.

PIA21422_-_TRAPPIST-1_Planet_Lineup,_Figure_1

Ne csüggedjen senki sem, remény mindig van és egyre nagyobb mértékben kerülnek elő olyan Földszerű bolygók, amelyek ideális utópiának felelnek meg. Viszont addig is, míg nem találnak egy tökéletesen biztosat sem, őrizzük meg bolygónkat a lehető legjobb állapotban magunk és az utódaink számára.