Aivot johdolla kiinni tietokoneeseen?

Petrilaseja, joita käytetään kantasolukasvatuksessa
Petrilaseja, joita käytetään kantasolukasvatuksessa
Röntgenkuvassa katkennut luu korjattuna

Suurin ongelma elektroniikan ja biologisten systeemien liittämisessä yhteen on se, että sähköjohdinta ja solua on vaikea yhdistää sähköisesti toisiinsa.

Sähköjohtoa ei voi kiinnittää hermosoluihin yhtä helposti kuin toisiin sähköjohtoihin, mutta menetelmät, joilla elektrodit voitaisiin yhdistää kätevästi ja luotettavasti toimiviin soluihin olisivat avain aivan uudenlaisiin bionisiin laitteisiin – kenties myös siihen, miten aivot ja tietokone saataisiin kiinni toisiinsa.

Vielä ei olla näin pitkällä, vaan ympäri maailmaa koetetaan ratkaista ongelmaa perustasolla. Yksi näistä tutkimuspaikoista on Tampere. Siellä muun muassa diplomi-insinööri Jani Pelto on tutkinut eilen tarkastetussa väitöstyössään solujen sähköä johtavaa pintaa.

Tarkalleen ottaen tutkimus koskee laajemmin johdepolymeerejä, jotka kaiken muun kivan ohella myös mahdollistavat biologisen ja elektronisen maailman sähköisen kytkennän.

Tutkimuksesta kertoo Tampereen teknillinen yliopisto tiedotteessaan.

Sähköllä piristettyjä kantasoluja

Kantasoluja, joilla on kyky kehittyä hyvin erilaisiksi soluiksi, voidaan ohjata sähkövirran avulla erilaistumaan ja lisääntymään esimerkiksi luukudokseksi tai sydänlihassoluiksi. Otsikkokuvassa on petrilaseja, joissa kasvatetaan kantasoluja.

Siinä missä usein kantasoluja kehitetään halutunlaisiksi pitkällä ja hankalalla prosessilla (kuten otsikkokuvassa), voidaan nyt siis sähköllä stimuloimalla ohjata niitä erikoistumaan tietyllä tavalla. Tämä tehostaa solutuotantoa kantasolulaboratoriossa ja alentaa sen kustannuksia. 

”Tehostetun soluviljelyvaiheen uskotaan lähitulevaisuudessa tuovan monia kudosteknologisia tuotteita lähemmäksi kliinisiä sovelluksia”, kertoo Pelto. 

”Tällaisia ovat esimerkiksi potilaan omista soluista ja biomateriaaleista laboratoriossa tuotetut kudokset ja kudosrakenteet, kuten luu, nivelrusto, jänteet, tai tulevaisuudessa jopa kokonaiset toiminnalliset elimet.”

Tehostetussa soluviljelyssä stimuloidaan esimerkiksi elimistöön liukeneviin kuituverkkoihin istutettuja kantasoluja sähkövirralla. Näitä kuituverkkoja käytetään esimerkiksi siihen, että laboratoriossa voidaan tuottaa ihmisen kudoksia muistuttavia varaosia, joista verkon tukirakenteen avulla muodostuu ihmisen elimistössä toiminnallista uutta kudosta. 

Huimassa tulevaisuudenkuvassa ihmiselle voidaan kasvattaa tukiverkon ja kantasolujen avulla esimerkiksi uusi maksa, joka ei hylji elimistöä siirtoelinten tapaan.

Kantasolujen sähköstimulointia voidaan käyttää myös elävän kudoksen uusiutumisen nopeuttamiseksi, vamman tai sairauden hoitamiseen metallielektrodeilta tuodulla sähkövirralla. 

Pelto selvitti väitöstyössään sitä, minkä tyyppiset pinnoitteet soveltuvat parhaiten sekä elimistöön liukeneviin varaosiin että stimulointiin käytettyihin metallielektrodeihin.

”Kun kantasolujen erilaistumista ja lisääntymistä pyrittiin stimuloimaan soluviljelyssä sähkövirran avulla, solujen tarttumapintana toimivaa sähköä johtavaa pintaa voitiin hyödyntää sekä johtimena että elektrodina.”

Väitöstyön tulokset osoittavat, että biopolymeereillä seostetut johdepolymeerit tarjoavat hyvän tarttumapinnan erilaistuville soluille kudoksissa. 

Tällä on tärkeä merkitys muun muassa metallisten ja polymeeristen implanttien ja näitä ympäröivien kudosten välisen kontaktipinnan syntymisessä. Esimerkiksi biohajoavan luuruuvin pintaan muodostuu pinnoitteen ansioista uutta lujaa luukudosta ja mekaanisesti kestävä liitos sen sijaan, että elimistö pyrkisi muodostaan heikomman arpi- tai sidekudoskapselin implantin pintaan. 

Myöskin hermo- tai lihaskudoksen sähköinen stimulointi onnistuu paremmin ja turvallisemmin kun toiminnalliset kudokset tarttuvat suoraan sähkövirtaa syöttävän elektrodin pintaan.

Jokainen tietokoneiden ja aivojen yhdistämistä haaveileva saa tästä sydämentykytystä, koska tämä saattaa auttaa elektronisen ja biologisen maailman sähköisessä yhdistämisessä. Valitettavasti tätä saa vielä odottaa – tutkimustuloksista on ensi alkuun eniten iloa esimerkiksi luunmurtumien ja jännevammojen korjaamisessa käytetyissä kiinnittimissä.

Röntgenkuvassa katkennut luu korjattuna

Temppu ja miten se tehdään?

Väitöstyössään Pelto tutki pintojen mikroskooppisia ja nanomittakaavan sähköisiä ominaisuuksia, topografiaa sekä elastisuutta atomivoimamikroskopialla (AFM). Lisäksi hän etsi pintaominaisuuksien yhteyttä ihmisen rasvasta eristettyjen kantasolujen kiinnittymiseen pinnoille.

”Erityisesti johdepolymeerin pintavarauksella, jota voidaan kontrolloida sähköisellä jännitteellä, on merkittävä vaikutus solujen kiinnittymiseen ja levittymiseen biomateriaalin pinnalla”, selittää Pelto.

Esimerkiksi rasvan kantasolut kiinnittyivät ja erilaistuivat johdepolymeereillä pinnoitetuilla kuitukankailla merkittävästi paremmin kuin pinnoittamattomilla kuitukankailla. Tämä mahdollistaa tehostetun soluviljelyvaiheen ja siksi paremman tuloksen lyhyemmässä hoitojatkossa. 

Eläinkokeissa tutkitut pinnoitteet paransivat merkittävästi uuden luun muodostusta biohajoavan polymeeriluuruuvin ympärillä, eivätkä niiden hajoamis- tai eroosiotuotteet aiheuttaneet havaittavia haitallisia vaikutuksia koe-eläimissä. Tutkitut materiaalit ja tuotetut pinnoitteet sekä pinnoitusmenetelmät soveltuvat erityisen hyvin rasvan kantasoluihin pohjautuvaan luun kudosteknologiaan, sekä biohajoavien polymeeristen luuimplanttien pinnoitteiksi. 

Ne ovat siksi lupaavia esimerkiksi luunmurtumien ja jännevammojen korjaamisessa käytetyissä kiinnittimissä.

Artikkeli perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen. Tiedetuubi julkaisee tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lähettämiä tiedotteita kuratoiden ja editoiden; nämä jutut erottaa journalistisesti toimitetusta sisällöstä punaisesta neliöstä jutun yhteydessä.

Kuvat: Flickr (cc-lisenssillä) ja toimituksen arkisto.

Kosmiset säteet paransivat ilmastomalleja roimasti

Kuva: Richard Masoner / Cyclelicious / Flick
Kuva: Richard Masoner / Cyclelicious / Flick

Suuret tulivuorenpurkaukset viilentävät Maan ilmastoa jopa kymmeneksi vuodeksi, selvittivät tutkijat. Tutkimuksessa selvitettiin purkausten vaikutukset ennennäkemättömällä tarkkuudella viimeisen 2500 vuoden ajalta. Tutkimus julkaistiin heinäkuun alussa tiedelehti Naturessa.

Kosmisten säteiden vaikutusta hyödyntäneen tutkimuksen anti oli, että purkausten ja ilmaston lämpötilavaihtelun aikaskaalat kyettiin sitomaan toisiinsa paljon tarkemmin kuin ennen.

Samalla päästiin eroon tähän asti ilmastotulkintoja vaivanneista turhauttavista oletuksista. Tulokset tarkentavat roimasti muunmuassa IPCC:n malleja tulevaisuuden lämpötiloista.

Jäätä, puuta, tulivuoria ja kosmisia säteitä

Tutkijat käyttivät apunaan maanulkoisia tapahtumia. Alkuvuonna 775 sekä vuonna 994 planeetan ilmakehän koostumus muuttui hyvin äkisti - tosin vain vähän. Tämä tiedetään siitä, että hiilen raskaan 14C-isotoopin suhteellinen määrä kasvoi tuolloin ympäri maailmaa eläneiden puiden vuosirenkaissa. Vastaavasti sekä Gröönlannin että Antarktiksen jääkairauksista erottuu selvä berylliumin 10Be -isotoopin piikki. Syynä kumpaiseenkin oli luultavasti kosmisten säteiden aalto, joka muutti ilmakehän isotooppijakaumaa hetkellisesti. Kumpikin havainto on ainutlaatuinen, ja sopii hyvin oletukseen. Aikojen saatossa anomaliat jäivät puiden renkaiden sisään ja tuoreempien jäämassojen alle.

Sekä jääkairauksia että puiden vuosirenkaita on jo pitkään käytetty ilmastohistorian tulkinnassa. Kun jäästä löydetään merkittäviä vulkaanisen tuhkan jäämiä, tiedetään, että jossain tapahtui suuri purkaus. Pohjoisella pallonpuoliskolla sattunut purkaus erottuu lähinnä Gröönlannin jäässä, eteläiset taas Antarktiksella. Päiväntasaajalla alkunsa saava tuhkapilvi näkyy kummassakin. Useimmiten purkauksen aikaan eläneiden puiden vuosirenkaat ovat tuolloin myös normaalia ohuempia. Tästä sitten päätellään, että ilmasto viileni purkauksen aikoihin, koska ilmaan tupsahtaneet rikkiyhdisteet ja muut aerosolit heijastavat auringon säteilyä.

Vaikka puiden ja jään tarjoamat aikasarjat täsmäävätkin erittäin hyvin suuressa mittakaavassa, niissä on kuitenkin tarkemmin katsottuna pientä, 10 - 15 vuoden heittoa. Syy- ja seuraussuhteita on vaikea todeta pitävästi, ja päättelyssä joudutaan luottamaan malleihin ja moniin oletuksiin. Tuollaiset selitykset ovat aina avoimia tulkinnoille ja kritiikille.

Yllä: Näkymä USA:n tukikohdasta Pinatubon suuren 1991 purkauksen aikaan. Kuva: R.S. Culbreth U.S.A.F. / Kentucky National Guard Public Affairs office / Flickr

 

Nyt ongelma on korjattu. Synkronoimalla samaan aikaan syntyneet isotooppianomaliat toisiinsa tutkijat sitoivat puurenkaat ja jääkairaukset entistä tiiviimmin yhteen. Ja vieläpä kahdesta kohdasta. Parasta on, että sitomiseen käytettiin keinoa, joka on täysin ilmastomalleista riippumaton.

Kun aikasarjojen linkitys oli tehty, alkoi jää- ja puunäytteistä näkyvien tapahtumien vertailu. Niiden havaittiin täsmäävän erittäin tarkasti, käytännössä vuodelleen, ainakin muutama sata vuotta kumpaankin suuntaan isotooppi-anomalioista. Kauempanakin tarkkuus on paljon aiempaa parempi: Vuoden 500 eaa. tienoillakin heitto on enimmillään vain viisi vuotta. Virheraja tippui siis reippaasti alle puoleen.

Bonuksena tutkijat vielä löysivät kahden, toistaiseksi tuntemattoman erittäin suuren purkauksen vaikutukset. Ne sattuivat vuosina 536 ja 540, jossain päin päiväntasaajan seutua. Niiden tuottamat aerosolimäärät olivat suurempia kuin Tamboran, historiallisen ajan ylivoimaisesti suurimman purkauksen. Lämpötila laski tuntemattomien purkausten ansiosta ainakin Euroopassa 1,4 - 2,7 asteella - kymmeneksi vuodeksi. Euroopassa ja ehkä myös Kiinassa riehui nohin aikoihin sekä nälänhätä että Justinianuksen ruttona tunnettu tautiepidemia. Noin puolet maanosamme väestöstä kuoli.

Parantaa ilmastonmuutoksen ennusteita

Tiedeyhteisö on lähes yksimielinen siitä, että ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöt lämmittävät ilmastoa. Tulkinnoissa on eroja, sillä eri tutkijat painottavat eri mekanismeja eri tavoin. Tämän vuoksi lämpenemisen nopeusarvioissa on suuriakin eroja. IPCC:n kokoamien arvioiden mukaan hiilidioksiditason kaksinkertaistaminen lämmittää planeettaa 2 - 4,5 asteella. Vaihteluväli on suuri, ja yhtenä muuttujana - epävarmuustekijänä - on ollut vulkanismin syöttämien aerosolien merkittävyys.

Nyt julkaistu tutkimus pienentää virherajoja ja auttaa siis ennusteiden tarkentamisessa.

 

Päivitys klo 21.00: Kirjoitusvirheitä korjattu.

Jutun lähteenä on käytetty Scientific Americanin uutista sekä mainittua Naturen tiedeartikkelia.

Otsikkokuva: 2200-vuotiaan punapuun vuosirenkaat. Kuva: Richard Masoner / Cyclelicious / Flickr

Simpanssit ymmärtävät lämpimän aterian päälle

Simpanssi kokin hattu päässään (kuvamuokkaus)
Simpanssi kokin hattu päässään (kuvamuokkaus)

Simpanssit ovat eläinmaailmassa meille ihmisille kaikkein lähimmät sukulaiset. Meillä on paljon yhteistä, ja tuoreen tutkimuksen mukaan yhteisten asioiden listaan voidaan nyt laittaa mukaan yksi asia lisää: kuten mekin, myös simpanssit ymmärtävät kuumennetun ruoan olevan parempaa.

Tähän ovat päätyneet Yalen yliopiston tutkija Alexandra Rosati ja Harwardin yliopiston professori Felix Warneken​, jotka ovat tutkineet  simpansseja Kongossa olevassa Tchimpoungan rauhoitusalueella. He tekivät yhdeksän erilaista koetta 24-päisellä villeinä syntyneellä simpanssilaumalla.

Ensimmäisessä kokeessa tutkijat antoivat kuumalla pannulla ilman voita tai öljyä lämmitettyjä bataattiviipaleita sekä samanlaisia raakoina, ilman kypsennystä, ja simpanssit pitivät huomattavasti enemmän kypsennetyistä.

Seuraavaksi he yrittivät selvittää miten simpanssit ymmärsivät ruokien eron ja sen, miten ero saatiin aikaan.

Tutkijakaksikko hämäsi simpansseja muovipurkilla, mihin laitettiin raaka bataattipalanen, ja mistä (valepohjan alta) paljastuikin kypsennetty bataatti. Näytti siis siltä, että boksi sai aikaan paremman makuisia bataattipalasia. 

Lisäksi oli toisia, selvästi merkittyjä purkkeja, joissa bataatti ei "kypsentynytkään", vaan säilyi samanlaisena.

Simpanssit valitsivat hyvin nopeasti palasia purkista, missä bataattipalaset näyttivät kypsentyvän.

Seuraavaksi simpansseille annettiin bataattipalasia, jotka ne saattoivat syödä saman tien tai käydä kypsentämässä ne neljän metrin päässä selvästi sivustalla olevassa muovipurkissa, jonka simpanssit huomasivat parantavan bataatteja.

Eikä kyseessä ollut vain yksi välkky yksilö, vaan puolet simpansseista halusi käydä kypsentämässä bataattipalasiaan.

Koejärjestely jatkui siten, että simpansseille annettiin raakoja porkkanoita. Simpanssit lähtivät välittömästi laittamaan niitä "kypsennyslaatikoihin", eli ne olisivat halunneet porkkanansakin parempimakuisina.

Lopulta tutkijat antoivat simpansseille raakoja perunoita ja puunpalasia, ja simpanssit osasivat laittaa niistä vain perunat kypsennettäväksi. 

Vaikka simpanssit siis ymmärtävät ruoan käsittelyn ja paremman maun kuuluvan yhteen, ne eivät kuitenkaan varsinaisesti osaa kokata, koska simpanssien ei tiedetä hallitsevan tulta. Simpanssit eivät myöskään varastoi ruokaa, eikä niiden ruokavalio ole samankaltainen kuin meidän. 

Vaikka tutkimus vaikuttaa yksinkertaiselta, se osoittaa selvästi, että simpanssit ymmärtävät ruoan valmistamisen merkityksen. Voi hyvinkin olla, että esimerkiksi metsäpalojen jälkeen ne ovat myös herkutelleet "kypsennetyllä" lihalla, juureksilla tai hedelmillä.

Tutkijat heittävät ilmaan myös mahdollisuuden, että ruoan valmistaminen olisi ollut aikanaan ihmisille hyvä syy opetella hallitsemaan tulta. Nykyisin vallalla olevan teorian mukaan ihmisen edeltäjät oppivat ensin säilyttämään ja tekemään tulta puolustamista ja lämmittelyä varten, ja vasta sen jälkeen keksivät käyttää sitä ruoan valmistamiseen.

Joka tapauksessa ruoan kuumentaminen oli ihmiskunnan kehityksessä käänteentekevä keksintö, sillä lihan ja mukulakasvien lämpökäsittely teki niistä helpommin syötäviä ja laajensi osaltaan ihmisen ruokavalikoimaa. Kun ruoasta sai aiempaa enemmän energiaa, saattoivat aivot kasvaa suuremmiksi ja siten ihmisten älykkyys otti askeleita eteenpäin.

Mutta milloin ja miten ihminen keksi tämän ruoan kuumentamisen, on sitten toinen asia. Se tapahtui kuitenkin selvästi sen jälkeen, kun meidän ja simpanssien suvut erosivat geneettisesti toisistaan myöhäisen mioseenin aikaan, siis noin 13 miljoonaa vuotta sitten.

Jokainen koiran tai kissan elämää seurannut saattaa ajatella tässä vaiheessa, että tässä ei ole mitään uutta. Myös lemmikit ymmärtävät hyvän ruoan päälle ja valitsevat nirsosti parempimakuisen tai helpommin syötävän; se pitääkin paikkansa, mutta ne eivät osaa yhdistää raakaa ruokaa ja sen kypsentämistä toisiinsa. Tutkijat todennäköisesti olisivat hyvin kiinnostuneita kuulemaan muistakin eläimistä, jotka osaisivat yrittää kypsentää itse ruokaansa samaan tapaan kuin simpanssit koettivat feikkimuovilaatikoiden avulla.

Tutkimus ilmestyi perjantaina Royal Societyn Proceedings B -julkaisusarjassa.

Geodeettinen VLBI? Minttu Uunila selittää mistä on kyse.

Geodeettinen VLBI? Minttu Uunila selittää mistä on kyse.
01.07.2015

Minttu Uunila on tohtoritutkija Metsähovin radiotutkimusasemalla ja hänen erikoisalaansa on geodeettinen VLBI. Käytännössä hän esimerkiksi tutkii miten maapallon pyörimisliikettä voidaan mitata erittäin tarkasti kaukana olevien kvasaarien ja radioteleskooppien avulla.

Hän on kohonnut erääksi alan guruksi maailmalla ja Tiedetuubi tapasi hänet viime syksynä Yhdysvalloissa Goddardin avaruustutkimuskeskuksessa. Nyt Minttu on jälleen Suomessa ja on mm. eräs mainion Kuulumisia kuvun alta -blogin pitäjistä.

Videolla Minttu kertoo maapallon pyörimisajan mittaamisesta sekä siitä, että itse asiassa pyöriminen ei ole tasaista. Siinä on pientä vaihtelua koko ajan, riippuen mm. maapallon tuulista ja vuoksi-ilmiöstä.

Ja koska ajanmääritys tähtitieteellisesti on tärkeää mm. satelliittien ratojen määrittämiseen tarkasti, ei satelliittinavigointi toimisi ilman Mintun ja hänen kollegoidensa tekemää työtä.

Tästäkö lemmenlääke ikämiehille?

Heti alkuun varoitus: kuten usein lääketieteellisessä tutkimuksessa, ei lääke ole vielä saatavilla ihmisille, mutta hedelmäkärpäsillä seuraavassa selitettävä kikka näyttää toimivan. 

Kuten ihmisillä, seksuaalinen vietti hiipuu yleensä iän myötä myös monilla muilla eläimillä. Taiwanissa olevan Kansallisen Chi Nan -yliopiston tutkija Tsai-Feng on tutkinut erityisesti Drosophila -hedelmäkärpäsiä, ja huomannut, että matalat lisäannokset dopamiinia (mm. ihmisen sisäistä kelloa säätelevä keskushermoston välittäjäaine) saa aikaan ihmeitä kärpäsissä.

Dopamiini on hormoni, jonka eritys hidastuu iän myötä, joten Tsai-Feng mietti mitä sen keinotekoinen lisääminen saisi aikaan.

Hänen (ja juuri aiheesta julkistetun tutkimuksen) mukaansa 40-vuotiaan miehen ja 10-vuorokautta vanhan hedelmäkärpäsen seksuaalinen aktiivisuus ovat samalla tasolla, ja hedelmäkärpästen tapauksessa aivojen dopamiinia käyttävissä neuroneissa dopamiinin pitoisuus oli kymmenen kertaa vähäisempi kuin nuoremmilla.

Kun pitoisuutta lisättiin keinotekoisesti, innostuivat hedelmäkärpäset parittelemaan huomattavasti pitempään ja innokkaammin.

Vaikka luonnollisesti miehen ja hedelmäkärpäsen aivoissa on suuria eroja (vaikka jotkut saattavat olla toista mieltä, tosin ei-tieteellisin perustein), voi havainnolla olla kiinnostavia mahdollisuuksia ihmisten seksuaalikäyttäytymisen hallintaan.

Ikääntyvillä ihmisillä seksuaalisuus yleensä vähenee, mutta ei ole harvinaista, että se myös lisääntyy jopa sairaalloisesti. Aivojen dopamiinipitoisuuden ja seksuaalivietin välisen yhteyden parempi ymmärtäminen auttaa kehittämään keinoja, joilla tasoa voidaan hallita paremmin. Kyseessä siis voisi olla libidon lisääminen – tai sen hillitseminen.

Dopamiinia käytetään jo nyt lääkkeenä esimerkiksi sydänsairauksissa ja myös Parkinsonin taudin hoidossa, mutta sillä voi olla muiden sivuvaikutusten (sydämentykytus, päänsärky...) lisäksi seksuaalisuutta lisäävä vaikutus. Taiwanilaistulos ei siten ole yllättävä, mutta sen avulla tähänkin saadaan toivottavasti ratkaisu.

Ja luonnollisesti lääkeyhtiöt ovat erittäin kiinnostuneita löytämään kilpailijoita sinisille pillereille; niillä tuotekehitysrahat saa varmasti kerättyä moninkertaisesti takaisin.

Aivojen, dopamiinin, hormonien ja seksuaalisuuden vyyhti on kuitenkin varsin suuri, joten konkreettisia tuotteita hedelmäkärpästen hässimistutkimuksesta saadaan vielä odottaa jonkin aikaa.

Tutkimus löytyy täältä: Journal reference Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8490

Kuva: Flickr / Image Editor (CC-lisenssillä, muokattuna)

Totuus karkaussekunnista: onko tämä viimeinen kerta ikinä?

Tämä 30. kesäkuuta on sekunnin pitempi kuin päivät yleensä, sillä tänään kelloihin lisätään karkaussekunti.

On mahdollista, että tästä tulee viimeinen karkaussekunti, sillä niistä päätettiin luopua jo vuonna 2013, mutta lopullisen päätöksen tekee tämän vuoden marraskuussa oleva kansainvälinen konferenssi. Ongelmana karkaussekunneissa on se, että ne haittaavat tarkkojen aikalaskelmien tekemistä; olisi parempi käyttää harvemmin toistuvia karkausminuutteja tai jopa karkaustunteja. Jo minuutin muutos kerralla tekisi tällaisen säätämisen tarpeelliseksi seuraavan kerran vasta vuonna 2399.

Ajan säätäminen silloin tällöin on joka tapauksessa tärkeää, koska maapallon pyörimisliike hidastuu koko ajan. Jotta vuorokauden pituus pysyisi oikeasti vuorokauden mittaisena, pitää kelloja siirtää aina silloin tällöin.

Tarkalleen ottaen pyöriminen hidastuu joka päivä noin kaksi tuhannesosasekuntia ja siksi tähän saakka apuun on otettu karkaussekunti parin vuoden välein.

Tarkalleen ottaen kyse on siitä, että maapallon pyörimisestä mitataan niin sanottu UT1 -aika, kun taas normaalikäytössä meillä on ns. koordinoitu yleisaika UTC, jota pidetään yllä supertarkoilla atomikelloilla.

Näiden kahden kellon laittamisesta samaan aikaan päättää erikseen Ranskassa oleva IERS-organisaatio, eli International Earth Rotation and Reference Systems Service. Se ilmoittaa karkaussekunnin lisäämisestä kuusi kuukautta etukäteen. 

Suomesta UTC-ajan ylläpitoon osallistuu Otaniemessä toimivan Mittatekniikan keskuksen (MIKES) aika- ja taajuussuureiden kansallinen mittanormaalilaboratorio.

Päivän pituus vaihtelee jatkuvasti

UT1-aikaa pidetään yllä nykyisin radioteleskooppien ja kaukana tähtitaivaalla olevien kvasaarien avulla. Tätä ajanmääritystä tehdään mm. Metsähovin radiotutkimusasemalla, missä asiaa tutkii Minttu Uunila.

Hän on kohonnut erääksi alan guruksi maailmalla ja Tiedetuubi tapasi hänet viime syksynä Yhdysvalloissa Goddardin avaruustutkimuskeskuksessa. Nyt Minttu on jälleen Suomessa ja on mm. eräs mainion Kuulumisia kuvun alta -blogin pitäjistä.

Alla olevalla videolla Minttu kertoo maapallon pyörimisajan mittaamisesta sekä siitä, että itse asiassa pyöriminen ei ole tasaista. Siinä on pientä vaihtelua koko ajan, riippuen mm. maapallon tuulista ja vuoksi-ilmiöstä. 

Ja koska ajanmääritys tähtitieteellisesti on tärkeää mm. satelliittien ratojen määrittämiseen tarkasti, ei satelliittinavigointi toimisi ilman Mintun ja hänen kollegoidensa tekemää työtä.

Hoito MERS-sairauteen löytynyt?

MERS-CoV -virus
MERS-CoV -virus

Amerikkalainen lääkeyhtiö on kehittänyt hoidon viime kuukausina runsaasti huolta ja useita uhreja aiheuttaneeseen Lähi-idän vakavaan keuhkotieoireyhtymään

Valitettavasti toistaiseksi hoito toimii vain geenimuokatuilla hiirillä, jotka paranivat uudella hoidolla oireettomiksi. Lisäksi hoito näyttää estävän terveitä hiiriä saamasta tartuntaa, mikä tekee siitä erityisen kiinnostavan. 

Tutkimus ilmestyi eilen maanantaina Proceedings of the National Academy of Sciences -julkaisussa.

Erityisen kiinnostavaa hoidossa on se, että tämä newyorkilaisen Regeneron Pharmaceuticals -yhtiön kehittämä uusi lääkkeenkehitysmenetelmä voi tuoda apua myös moniin muihin sairauksiin, kuten Ebolaan. 

Menetelmä perustuu geenitekniikkaan sekä vasta-aineiden kehittämiseen ja sen avulla lääkkeiden kehittäminen tapahtuu nopeammin ja edullisemmin. Kun elimistö ei pysty tuottamaan tarpeeksi vasta-aineita sairaudelle, tulee tämä uusi hoitomuoto immuunijärjestelmän tueksi ja auttaa sitä tuhoamaan vaarallisia taudinaiheuttajia. 

Toistaiseksi tämä menetelmä toimii vain koe-eläiminä käytetyillä muokatuilla hiirillä, mutta yhtiö etenee luonnollisesti kohti ihmisillä käytettäväksi hyväksyttyä menetelmää. 

Big Dataa ja ihmismäisiä hiiriä

Toistakseksi uusi menetelmä tepsii MERSiin (Middle East Respiratory Syndrome), mikä on koronaviruksen aiheuttava influenssa, eli hengityselinten virussairaus.

Ongelmana MERSin ja aiemmin olleen SARSin kaltaisissa taudeissa on se, että ne ovat yllättäviä ja harvinaisia. Siksi niitä vastaan on ollut vaikeaa tehdä lääkettä nopeasti eikä niiden harvinaisuuden vuoksi tutkimus etukäteen ole ollut taloudellisesti kiinnostavaa. 

Esimerkiksi MERS on sairastuttanut tähän mennessä lähes 1350 ihmistä ja heistä yli 510 on kuollut.

Verrattuna ”tavalliseen” kausi-influenssaan luvut ovat pieniä, mutta näissä yllättäen levinneissä taudeissa on ollut suurehko kuolleisuus (MERSin tapauksessa 38%) ja riski pandemiaan. Siksi nopea ja edullinen menetelmä hoidon kehittämiseen on erittäin tervetullut.

Uusi menetelmä luottaa suuren tietomäärän nopeaan käsittelyyn. MERS-hoitoa varten tutkijat kävivät läpi noin tuhat erilaista vasta-ainetta, jotka liittyvät MERS:iä aiheutavaan MERS-CoV -virukseen. 

He eristivät näistä kaikkein lupaavimmalta vaikuttaneet vasta-aiheet ja antoivat näitä hiirille vuorokautta ennen tai jälkeen, kun MERS tartutettiin niihin. Hoito näytti tepsivän.

Siinä missä perinteisellä tavalla vasta-aiheiden kehittäminen kestää yleensä puolitoista vuotta, Regeneron Pharmaceuticals onnistui nyt tekemään sen alle puolessa vuodessa.

Ongelmana hoidon kehittämisessä ihmisillä toimivaksi on se, että virus vaikuttaa eri tavalla hiireen ja ihmiseen. Siksi yhtiö oli muokannut hiiriä siten, että niiden immuunijärjestelmä toimi hieman ihmisen vastaavan tapaan ja siksi ne olivat alttiimpia kuin normaalit hiiret MERSille. Tämä tekee hoidon kehittämisestä hiirikokeista (joita ei valitettavasti voi tämän kaltaisessa tutkimuksessa kokonaan välttää) ihmisillä toimivaksi nopeampaa.

Mutta se, miten hoito tepsii lopulta ihmisillä tehtävissä kokeissa, jää vielä nähtäväksi. Tähän mennessä paitsi hoito MERSiin, niin myös koko uusi menetelmä ovat kuitenkin lupaavia.

Täsmäyhdiste Turusta iskee aggressiiviseen eturauhassyöpään

Pim-kinaasinäyte
Pim-kinaasinäyte

Eturauhassyöpä on miehillä yleisin syöpätyyppi ja se yleistyy koko ajan. Tappavaksi se muuttuu yleensä vasta levitessään elimistössä ja muodostaessaan etäpesäkkeitä luihin ja muihin elintärkeisiin kudoksiin. Siksi on tärkeää erottaa etäpesäkkeitä muodostavat ärhäkkäät kasvaimet vaarattomammista syöpäsolukoista ja löytää niitä vastaan uusia tehokkaita hoitokeinoja.

Dosentti Päivi Koskisen tutkimusryhmä Turun yliopiston biologian laitoksen genetiikan ja fysiologian osastolla on tutkinut niin sanottujen Pim-kinaasien merkitystä eturauhassyövän leviämisessä. Pim-kinaasit ovat entsyymejä, jotka fosforyloivat kohdeproteiinejaan ja siten edistävät solujen kasvua ja liikkuvuutta. 

Tutkimusryhmä on yhteistyössä koti- ja ulkomaisten kemistien kanssa löytänyt useampia täsmäyhdisteitä, jotka soluviljelmissä tehokkaasti estävät Pim-kinaasien toimintaa ja vaikutuksia. Tämä luo toivoa uusien ja parempien eturauhassyövän hoitomuotojen saamiseen.

"Nyt julkaistussa tutkimuksessa osoitimme professori Pirkko Härkösen tutkimusryhmässä kehitetyn ihmisen eturauhassyövän hiirimallin avulla, että Pim-kinaasit lisäävät syöpäsolujen kykyä muodostaa etäpesäkkeitä paitsi eturauhasta ympäröiviin imusolmukkeisiin, myös kauemmas keuhkoihin asti", kertoo väitöskirjaansa projektissa valmisteleva FM Niina Santio.

Lisäksi tutkimuksessa ilmeni, että yksi Pim-kinaasien toimintaa soluissa estäneistä yhdisteistä heikentää myös hiirissä eturauhaseen istutettujen syöpäsolujen kasvua ja etäpesäkkeiden muodostusta.

"Yhtä lupaavia vaikutuksia on saatu vielä julkaisemattomissa kokeissa kananmunilla, joita on tarkoitus jatkotutkimuksissa käyttää uusien, aiempaa vieläkin tehokkaampien Pim-kinaaseihin kohdistuvien yhdisteiden kehittelyyn ja testaukseen", sanoo Koskinen.

Artikkeli tutkimuksesta julkistiin kesäkuun 15. päivänä ilmestyneessä PlosONE -julkaisussa.

 


Teksti perustuu Turun yliopiston tiedotteeseen. Tiedetuubi julkaisee tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lähettämiä tiedotteita kuratoiden ja editoiden; nämä jutut erottaa journalistisesti toimitetusta sisällöstä punaisesta neliöstä jutun yhteydessä.

Uutta LHC-dataa ennnätysenergialla tulossa Suomeen Toimitus Ma, 22/06/2015 - 16:38
Cernissä, Genevessä on käynnistynyt LHC-hiukkastörmäyttimen (Large Hadron Collider) toinen mittausjakso entistä korkeammalla törmäysenergialla. Hiukkaskokeiden tarkoituksena on tuottaa tietoa aineen perusrakenteesta. Korkeampi törmäysenergia tarjoaa harvinaisen mahdollisuuden ymmärtää luonnon monimutkaisuutta ja löytää uusia hiukkasia. Fyysikoiden kokeet muodostavat myös suuren tietoteknisen haasteen maailmanlaajuiselle hajautetulle laskentajärjestelmälle Worldwide LHC Computing Grid (WLCG), jossa Suomi on aktiivisesti mukana.

LHC-hiukkastörmäyttimen, sen koeasemien ja hajautetun laskentajärjestelmän suorituskykyä on kasvatettu törmäyttimen 27 kuukauden pituisen huoltoseisokin aikana. Hiukkastörmäyttimen ensimmäisen ajojakson aikana vuosina 2010-2013 törmäysenergiassa päästiin arvoon 8 TeV (TeV = 1012 elektronivolttia). Silloin Cernissa taltioitiin noin 1 GB/s (GB = 109 tavua) mittausdataa, mutta nyt arvioidaan, että tallennusnopeus kasvaa arvoon 6 GB/s ja jopa siitä huippuarvoon 10 GB/s.

"Tämä tarkoittaa, että mittausdatan koko tulee olemaan useita kymmeniä petatavuja vuodessa", sanoo projektipäällikkö Dan Still CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy:stä.  Yksi PB on yhtä paljon kuin 1015 tavua.

"Yksi petatavu vastaa noin 210 000 yksikerroksisen yksipuolisen DVD-levyn tallennustilaa".

Törmäysenergian arvolla 13 TeV saa ehkä lisää tietoa pimeästä aineesta

jakso käsittää vuodet 2015-2018. Ajossa protonit kiertävät kiihdytinrenkaassa vastakkaisiin suuntiin lähes valon nopeudella. Protonisuihkujen intensiteettiä kasvatetaan ajon aikana niin, että törmäystaajuus nousee miljardiin sekunnissa, ja törmäysenergiassa päästään arvoon 13 TeV.

"Törmäysenergian kasvu lisää harvinaisten hiukkasten tuottotodennäköisyyttä jopa kymmen-, sata- tai jopa tuhatkertaiseksi, mikä mahdollistaa uusien hiukkasten löytämisen", sanoo projektipäällikkö Tomas Lindén Fysiikan tutkimuslaitokselta.

Cernin ATLAS- ja CMS-kokeet ilmoittivat heinäkuussa 2012 uuden, noin 126 GeV painavan bosonin löytymisestä. Myöhemmin se vahvistettiin kauan etsityksi Higgsin bosoniksi. Nyt suurempi törmäysenergia ja korkeampi törmäystaajuus mahdollistavat myös Higgsin bosonin ominaisuuksien tarkan tutkimisen ja vertailun hiukkasfysiikan standardimallin kanssa.

Tutkimustyön yhtenä kiinnostavimmista tavoitteista on etsiä niin sanottuja supersymmetrisiä hiukkasia, joita teoria ennustaa.

"Tämä on kiinnostavaa koska, kevyin supersymmetriahiukkanen on yksi pimeän aineen kandidaateista", Lindén sanoo.

"Pimeän aineen osuus maailmankaikkeuden ainesisällöstä on noin 84,5 prosenttia, mutta siitä tiedetään vielä kovin vähän".

Suomi on liitetty pohjoismaiseen LHC-verkkoon nopeudella 10 Gb/s

Suomen laskentaresursseilla etsitään sähköisesti varattuja Higgsin hiukkasia ja tutkitaan b-kvarkkeja sekä lyijy-lyijy -törmäyksissä syntyvää kvarkki-gluoni -plasmaa. Maa on liitetty Pohjoismaiseen LHC-verkkoon nopeudella 10 Gb/s, ja nopeimmillaan dataa siirtyy Yhdysvaltojen Fermilabista Suomeen nopeudella 525 MB/s.

Fyysikot analysoivat LHC-törmäysdataa paikallisissa yliopistoissaan tai instituutioissaan ympäri maapallon käyttäen WLCG:n laskentaresursseja. WLCG:llä ajettavien analyysiohjelmistojen suorituskykyä on nyt kasvatettu. Myös grid-väliohjelmistoja on päivitetty, jotta tietovarastoja voidaan käyttää entistä joustavammin verkon yli.

Iso data-aineisto on hajautettuna verkostomaisesti eri keskuksiin

Cernissä käytettävä laskentamalli toimii niin, että raakadata esikäsitellään Cernissä ja Unkarissa niin sanotulla 0-tason resurssilla, josta se hajautetaan kolmeentoista eri maissa sijaitsevaan 1-tason keskukseen. Näiden tehtävänä on tallentaa ja käsitellä dataa sekä tarjota data-palveluja grid-laskentamenetelmiä käyttäen Cernille sekä pienemmille 2-tason keskuksille, joiden tehtävänä on tarjota levytilaa sekä edellytykset simulaatioille ja data-analyyseille.

Nordic e-Infrastructure Collaboration (NeIC) tarjoaa yhden pohjoismaisen 1-tason resurssin. Tämä resurssi on hajautettu Suomeen, Ruotsiin, Norjaan ja Tanskaan. CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy ylläpitää Suomen osuutta tästä hajautetusta resurssista. Mukana resurssin toiminnassa on myös Fysiikan tutkimuslaitos (HIP). Tämän lisäksi Suomessa on myös 2-tason resurssi, joka on toteutettu HIP:in ja CSC:n yhteistyönä.

Suklaalevy päivässä pitää sydänlääkärin loitolla

Englannista kantautuu huojentava uutinen kaikille suklaasta pitäville. Norfolkissa tehdyssä laajassa tutkimuksessa on todettu, että suklaan syöminen ei lisää sydän- ja verisuonisairauksia, vaan päinvastoin vähentää sydänkohtauksen riskiä.

Kuten kaikessa syömisessä, kohtuus on paikallaan, mutta tällä kertaa ei puhuta yksittäisistä konvehdeista, vaan jopa 100 gramman päiväannoksesta.

Tutkimuksessa seurattiin noin 21 000 norfolkilaisen aikuisen terveydentilan, elämäntapojen ja ruokavalion yhteyttä. Lisäaineistona oli eri puolilla maailmaa tehtyjä tutkimuksia nimenomaan suklaan ja sydänsairauksien kytköksistä. Kaikkiaan tilastotietoa oli liki 160 000 aikuisesta naisesta ja miehestä.

Norfolkin tutkimuksessa tarkkailujakson kesto oli keskimäärin 12 vuotta. Sinä aikana 14 prosenttia seuratuista sai sydänkohtauksen tai kärsi muuten eriasteisista sydänvaivoista. 

20 prosenttia tutkimukseen osallistuneista ilmoitti, ettei syönyt lainkaan suklaata, mutta muiden keskimääräinen kulutus oli seitsemän grammaa päivässä, joillakin jopa 100 grammaa eli pienen suklaalevyn verran päivässä.

Tilastollisesti suklaata syövillä oli 11 prosenttia pienempi riski kärsiä sydänsairauksista kuin sitä karttavilla ja peräti 25 prosenttia pienempi riski kuolla sydänkohtaukseen. Kaikkein ahkerimmin suklaata popsivilla todennäköisyys saada sydänkohtaus oli 23 prosenttia alhaisempi vaikka muut riskitekijät otettiin huomioon.

Yhdeksästä kansainvälisestä tutkimuksesta viidessä säännöllisen suklaansyönnin todettiin vähentävän sydänsairauksien riskiä 25 prosentilla. Kuoleman todennäköisyys oli 45 prosenttia pienempi. 

Tummaa suklaata karsastavat lienevät iloisia siitä, että maitosuklaa ei ilmeisesti olekaan epäterveellisempää: Norfolkin tutkimukseen osallistuneille se maistui tummaa suklaata paremmin.

Suurempi suklaan kulutus liittyi nuorempaan ikään ja pienempään painoon, alhaisempaan verenpaineeseen, harvempiin diabetestapauksiin ja säännöllisempään liikuntaan. Ne kaikki vähentävät sydänsairauksien riskiä – eli syiden ja seurausten arviointi on vaikeaa.

Tutkimus ei ole muutenkaan täysin aukoton, sillä se perustuu kyselyihin, joihin vastaamisessa esiintyy aina joko liioittelua tai vähättelyä. Siksi tutkijat eivät olekaan varmoja, suojaako suklaansyönti sydänsairauksilta vai syövätkö riskiryhmään kuuluvat vähemmän suklaata, koska tietävät kuuluvansa riskiryhmään. 

Joka tapauksessa tutkijoiden mukaan ei ole todisteita siitä, että sydän- ja verisuonisairauksien suhteen riskiryhmään kuuluvien pitäisi erityisesti välttää suklaata.

Tutkimus julkaistiin Heart-tiedelehdessä 15. kesäkuuta.