Pääsiäisen aikana uutisia seuranneille tämä ei ole enää mikään uutinen: CERNin suuri LHC-hiukkaskiihdytin käynnistyi virallisesti uudelleen sunnuntaina 5. huhtikuuta, kun klo 11.41 Suomen aikaa protonisuihku kiersi sen 27 kilometriä halkaisijaltaan olevaa kehää ensimmäistä kertaa sitten vuoden 2013, jolloin se sammutettiin pitkää huoltotaukoa varten.

Noin kahta tuntia myöhemmin, klo 13.27 samanlainen protonisuihku kiersi kehässä toiseen suuntaan. Näiden yhteisenergia oli 450 GeV, eli vielä varsin kaukana uudistetun LHC:n tavoite-energiasta. Näinä päivinä systeemejä tarkistetaan, ohjausmagneetteja hienosäädetään ja suihkun energiaa nostetaan, kunnes toukokuun lopussa näillä näkymin kiihdyttimellä päästään tekemään ensimmäisiä täysivoimaisia tutkimustörmäyksiä. Silloin yhden suihkun energian pitäisi olla 6,5 TeV, eli kun kaksi suihkua törmää yhteen, saavutettaisiin 13 TeV:n energia.

Tällä energialla LHC pääsee tutkimaan kokonaan uutta energia-aluetta hiukkasfysiikassa ja eteen odotetaan tulevan monia, kiinnostavia ilmiöitä ja asioita pimeästä aineesta antimaterian kautta niin sanottuun kvarkkigluoniplasmaan, ja LHC:n toinen tuleminen saattaa tuoda valoa myös outoon Brout-Englert-Higgsin mekanismiin, joka liittyy läheisesti LHC:n aiemmin jo löytämään Higgsin hiukkaseen.

Otsikkokuvassa on LHC:n päävalvomo sunnuntaina kiihdyttimen ollessa jälleen toiminnassa (kuva: CERN). 
Alla olevassa videossa CERNissä työskentelevä Helsingin yliopiston tutkija Lauri Wendland kertoo CMS-koeasemasta ja siihen huoltoseisokin aikana tehdyistä parannuksista.

Hiukkasfyysikoiden mielestä alkanut viikko on jännittävä, sillä Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä sijaitseva suuri LHC-kiihdytin on tarkoitus ottaa parannettuna käyttöön tämän viikon kuluessa. 

Alun perin tarkoitus oli käynnistää alkuvuodesta 2013 huoltotauolle laitettu kiihdytin maaliskuun puolivälissä, mutta monet pienet syyt viivyttivät testaamista ja lopulta toissa viikonlopun lauantaina (21.3.) syntynyt oikosulku lykkäsi käynnistystä edelleen. Alla olevassa kuvassa tutkitaan syytä oikosulkuun.

No ei ehkä kaikkien, sillä niveljalkaiset on eläinkunnan suurin pääjakso. Siihen kuuluu yli miljoona lajia, joihin lukeutuu niin kärpäsiä, rapuja kuin hämähäkkejäkin.

Kaakkois-Marokosta löytynyt fossiili – Aegirocassis benmoulae – eli meressä noin 480 miljoonaa vuotta sitten. Se on yksi kaikkien aikojen suurimpia niveljalkaisiksi luokiteltavia eliöitä: sillä saattoi olla pituutta yli kaksi metriä.

Ja jos ollaan vielä tarkempia, Aegirocassis benmoulae ei ollut mikään peto. Muista anomalocariksiin eli "kummallisiin katkoihin" kuuluvista lajeista poiketen se ei saalistanut itseään pienempiä eläimiä, vaan siivilöi päänsä ulokkeilla planktonia vedestä – samaan tapaan kuin esimerkiksi hetulavalaat.

Aegirocassis ei muutenkaan ollut mikä tahansa vesieläin, vaan se on osoittautunut tärkeäksi linkiksi vanhempien kambrikauden anomalocaristen ja nykyisten niveljalkaisten välillä.

Aiemmin löydetyt anomalocaris-fossiilit ovat ongelmallisia, sillä niillä on jaokkeisen kehonsa kummassakin kyljessä uimaeviä vain yhdessä rivissä. Tämä piirre on aiheuttanut tutkijoille päänvaivaa, sillä se ei näyttänyt sopivan niveljalkaisten kehityksen myöhempiin vaiheisiin.

Yalen yliopiston paleontologin Derek Briggsin mukaan Aegirocassis selvittää arvoituksen. "Sillä on yhden sijasta kaksi riviä uimaeviä, mikä edustaa evoluutiota kohti nykyisten niveljalkaisten, esimerkiksi katkarapujen, raajojen kaksiosaista rakennetta."

Vaikka anomalocarikset ja myös Aegirocassis näyttävät nykyisten kaukaisten sukulaistensa rinnalla lähinnä avaruusolioilta, niillä oli jo satoja miljoonia vuosia sitten samankaltaisia rakenteellisia piirteitä kuin tällä hetkellä elävillä niveljalkaisilla.

Niin ikään Yalessa työskentelevä, tutkimusta johtanut Peter Van Roy oli löydöstä yllättynyt. "Se ratkaisee kertaheitolla sekä kysymyksen siitä, kuuluvatko anomalocarikset niveljalkaisten sukupuuhun, että niiden anatomiaan liittyneen visaisimman ongelman."

Kun vanhempia anomalocaris-fossiileja on löydön myötä tutkittu tarkemmin, niilläkin on joissakin tapauksissa tuplaevät; niitä ei vain aiemmin ole huomattu. Kun tiedetään mitä etsiä, löytäminen on paljon helpompaa.

Uusien tutkimusten mukaan on ilmeistä, että anomalocarikset edustavat muinaista kehitysvaihetta, joka edelsi päällekkäisten uimaevien sulautumista rakenteeltaan niveljalkaisille ominaisiksi raajoiksi.

Uudesta löydöstä on kerrottu Yalen yliopiston uutissivuilla.

Kuva: Marianne Collins / ArtofFact (kuvakaappaus Yalen luonnonhistoriallisen museon tuottamalta videolta)

Jokainen vatsavaivoista kärsinyt tai parhaillaan ongelman kanssa elävä tietää omakohtaisesti, että otsikon väite pitää paikkansa. Lääkäreille ruoansulatuskanavassamme syntyvät kaasut tosin voivat kertoa vielä enemmän siitä, kuinka voimme ja mikä mahdollisesti on vialla.

Elimistössämme elää yli 10 000 erilaista mikrobilajia, ja näistä suuri osa on löytänyt mukavan kodin ruoansulatuskanavastamme. Suurin osa näistä on meille erittäin hyödyllisiä, emmekä itse asiassa voisi elää ilman niitä. Osa ei kuitenkaan ole erityisen mukavia, ja myös hyödylliset mikrobit voivat heittäytyä joskus hankaliksi.

Eräs tapa saada selvyyttä siitä mitä vatsassa ja suolistossamme oikein tapahtuu on tutkia siellä syntyviä kaasuja. Siis ujostelematta sanottuna analysoida pieruja. Ne syntyvät bakteerien pilkkoessa syömäämme ruokaa, ja kuten tiedetään, toiset ruoat tuottavat oheistuotteena enemmän kaasua kuin toiset. 

Lisäksi erilaiset bakteerit tuottavat omanlaisia kaasujaan, joten bakteerikantoja on mahdollista tunnistaa kaasujen avulla. Kaasut voivat kertoa myös suoraan monen epätavallisemman sairauden lisäksi esimerkiksi ärtyneen suolen oireyhtymästä tai laktoosi-intoleranssista. Periaatteessa siis myös näiden yleisten, mutta tavallisesti mutu-pohjalta diagnosoitavien sairauksien selvittäminen olisi mahdollisesta myös pakokaasujamme tutkimalla.

Ruoansulatuskanavan kaasujen tutkimusta on tehty aikaisemmin jo jossain määrin, mutta tulokset ovat olleet epätarkkoja tai menetelmät hankalia. Nyt kaasunäytteiden ottamiseen on tulossa apua, koska australialaistutkijat ovat kehittäneet tavan saada näytteitä suoraan sisältämme.

Asiasta kertova artikkeli ilmestyi eilen Trends in Microbiology -lehdessä.

Luonnonvarakeskuksen tutkija Petri Kilpeläinen kehitti väitöstyössään ympäristöystävällisen menetelmän ksylaanin uuttamiseksi koivun sahanpurusta. Ympäristöystävällisyys perustuu siihen, että liuotus tehdään kuuman veden avulla.

Kehitystyö on merkittävä muun muassa biojalostamoille, joissa tarvitaan tehokkaita ja ympäristöystävällisiä menetelmiä teollisuuden käyttämien yhdisteiden erottamiseen biomassoista. Yksi tällainen teollisuuden tarvitsema yhdiste on koivun ksylaani.

"Ksylaani on hemiselluloosayhdiste, ja hemiselluloosaa on ehdotettu käytettäväksi esimerkiksi elintarvikkeiden pakkauksissa, joissa tarvitaan happea läpäisemättömiä kalvoja ja pintoja", Kilpeläinen sanoo.

Ksylaanista valmistetaan myös ksylitolia eli koivusokeria. Sitä käytetään hampaiden reikiintymistä estävänä makeutusaineena.

Uuttomenetelmä perustuu korkeaan veden lämpötilaan

Kun veden lämpötila kohoaa, sen liuotusominaisuudet muuttuvat, ja puusta saadaan irrotettua enemmän yhdisteitä. Paineistetun kuumavesiuuton aikana puusta irtoaa myös orgaanisia happoja muun muassa etikkahappoa.

"Tämä johtaa puuta hajottavien reaktioiden nopeutumiseen ja sen ansiosta puusta saadaan irrotettua enemmän ksylaania", Kilpeläinen kertoo.

Paineistettu kuuma vesi tunkeutuu puuainekseen ja pilkkoo sekä liuottaa hemiselluloosan, joka kerätään talteen uuton aikana. Vesiliukoista hemiselluloosaa voidaan muokata pelkässä vedessä, eikä sen käsittelyyn tarvita orgaanisia liuottimia tai happoja ja emäksiä.

Åbo akademiin puu- ja paperikemian laboratorioon tehdyssä väitöstyössä ksylaanin uuttaminen onnistui laboratorio-olosuhteiden lisäksi isommassa pilottikokeessa. Tutkimuksesta saatua tietoa voidaan hyödyntää, kun menetelmää laajennetaan teollisuuden tarpeisiin.

Enemmän hyötyä sahanpurusta

Sahanpurusta on aikaisemmin valmistettu sellua, mutta nykyään se on vähäistä. Yleensä puru poltetaan sahoilla pääasiassa energian lähteenä.

"Sahanpurusta saatavaa hemiselluloosaa kannattaisi hyödyntää teollisuudessa", jatkaa Kilpeläinen. 

"Näin siitä saataisiin suurempi hyöty kuin energiakäytössä. Hemiselluloosan polttoarvo ei ole kovin hyvä, joten tämänkin vuoksi olisi tarpeen, että hemiselluloosa voitaisiin uuttaa pois sahanpurusta".

Juttu on käytännössä suoraan kopioituna Luonnnonvarakeskuksen tiedote.
Otsikkokuva: Flickr / Sami Köykkä (CC-lisenssillä)

Suomalaista ilmakehä- ja geotieteiden tutkimusta kerätään yhden tutkimusverkoston alle: uusi Ilmakehätutkimuksen keskus INAR (National Institute for Integrated Atmospheric and Earth System Science) tuo yhteen Helsingin yliopiston, Itä-Suomen yliopiston, Tampereen teknillisen yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen kansainvälisen huipputason tutkimusryhmät, jotka ovat pitkäjänteisesti yli 30 vuotta tutkineet ilmastonmuutokseen liittyviä ilmiöitä. 

Tarkoituksena on luoda Suomeen alan kansainvälisesti johtava osaamiskeskittymä.

"Ilmastotutkimus edellyttää monen tieteenalan ja tiedeyhteisön yhteistä ponnistusta. Yksi tutkija tai yksittäinen tutkimusryhmä ei voi ratkaista ilmastonmuutokseen liittyviä kysymyksiä, vaan suurimmat oivallukset syntyvät yhdessä", sanoo akatemiaprofessori Markku Kulmala Helsingin yliopistosta.

Isosta mittausdatasta saa yksityiskohtaista tietoa ilmastonmuutoksen perusteista

Ilmastotutkimuksessa on keskeistä selvittää, miten ilmastonmuutos vaikuttaa luonnon järjestelmään eli maan, merien, ilmakehän ja napa-alueiden välisiin kytkentöihin. Lisäksi on tutkittava ihmisten toiminnan, kuten fossiilisten polttoaineiden käytön sekä metsien hoidon ja muiden maankäytön muutosten vaikutusta ilmastonmuutokseen. Nämä kytkennät on ymmärrettävä, jotta voidaan tehdä luotettavia ilmasto- ja ilmanlaatuennusteita ja varautua muuttuvaan ilmastoon.

INARin tutkimus tuottaa yksityiskohtaista tietoa ekosysteemien ja ilmakehän välisestä vuorovaikutuksesta sekä aineiden ja energian kierrosta näissä järjestelmissä.

"INARin tutkimus syventää ymmärrystä ilmastonmuutoksen biologisista ja fysikaalisista perusteista ja auttaa selvittämään, mitkä asiat voimistavat tai hillitsevät muutoksia", sanoo professori Kari Lehtinen Itä-Suomen yliopistosta. 

"Valtavan mittausaineiston avulla saadaan tietoa esimerkiksi ilmastonmuutoksen vaikutuksesta boreaalisten alueiden metsiin".

Kansainvälisesti korkeatasoinen tutkimusinfrastruktuuri

Ilmakehätutkimuksen keskuksen selkärankana toimii tutkimusinfrastruktuuri INAR RI. Tutkimusinfrastruktuuri kokoaa yhteen joukon hyvin varusteltuja mittausasemia eri puolilla Suomea, kokeellisia ilmakehän ja ekologian laboratorioita sekä erilaisia mallinnusalustoja ja tutkimusaineistoja ja -portaaleja. Mittausasemilla työskentelee ja niiden tuottamaa dataa käyttää satoja fyysikoita, kemistejä, meteorologeja ja biotieteilijöitä eri puolilta maailmaa.

Keskeisiä INAR RI -mittausasemia ovat Global Atmospheric Watch -asema Pallas-Sodankylässä ja neljä SMEAR-asemaa, jotka sijaitsevat Värriössä, Hyytiälässä, Helsingissä ja Kuopiossa. Asemilla mitataan ilmakehän kaasuja ja hiukkasia sekä ainevirtoja ilmakehän ja metsien välillä. Asemilla tuotettu aineisto on kansainvälisesti ainutlaatuisen kattavaa, ja sitä on kerätty yhtäjaksoisesti poikkeuksellisen pitkältä ajalta. Maailman monipuolisin tutkimusaineisto on nostanut suomalaiset tutkijat tieteen huipulle.

INAR RI on osa kansainvälistä tutkimusinfrastruktuuriverkostoa ja osallistuu Euroopan yhteisiä tutkimusinfrastruktuurikysymyksiä käsittelevän strategiafoorumi ESFRI:n toimintaan. INAR RI tekee yhteistyötä Suomessa sijaitsevan kasvihuonekaasujen havaintojärjestelmän (ICOS) päämajan kanssa. Osoituksena INAR RI -verkoston merkittävyydestä Suomen Akatemia on valinnut verkoston tutkimusinfrastruktuurien tiekartalle 2014–2020.

Tietoa päätöksenteon tueksi 

INARin tuottamat aineistot ja metadatat kerätään keskitetysti smart-SMEAR-e-infrastruktuuriin, jonka kautta ne ovat avoimesti tutkimuksen ja opetuksen sekä viranomaisten ja kansalaisten käytössä

Korkealaatuiset ja pitkäaikaiset, avoimesti saatavilla olevat mittaustulokset luovat ainutlaatuisen perustan paitsi ilmastotutkimukselle, myös yhteiskunnan hillintä- ja sopeutumistoimien arvioinnille. INAR tarjoaa poliittisille päättäjille sekä energia- ja ympäristöalan yrityksille luotettavaa uutta tietoa ilmastonmuutoksesta keskittyen erityisesti suomalaiseen ympäristöön ja paikallisiin tarpeisiin.

Artikkeli on Helsingin yliopiston lähettämä tiedote.
Kuva: Flickr / AMF-2 -hanke, Argonne National Laboratory

Brittiläisten ja kiinalaisten tutkijoiden mukaan yli kolmekymppiset saavat keskimäärin vain kaksi flunssaa vuosikymmenessä, kun taas nuoremmilla tahti voi olla jopa kerran vuodessa. Muut pärskimiset ovat todennäköisemmin “vain” vilustumisia, eli nuhakuumeita.

Lontoon Imperial Collegessa työskentelevän tutkija Steven Rileyn mukaan syynä tähän on joko se, että vanhemmiten immuniteetti flunssaa vastaan on parempi tai sitten iän myötä kanssakäymisemme muiden ihmisten kanssa käy harvinaisemmaksi. Kun ei tapaa muita ihmisiä niin usein, niin mahdollisuus taudin saamiseen on pienempi.

Tutkijat keräsivät ja analysoivat verinäytteitä Kiinassa, Guangzhoun kaupungissa asuvilta 151 henkilöltä, ja kiinnittivät huomionsa yhdeksään yleisimpään H3N2-infulenssan serotyyppiin, jotka kiersivät maailmaa vuosien 1968 ja 2009 välissä. Tyypillisesti yksi flunssaversio liikkuu maapallolla kerran vuodessa.

Näiden vereen jääneitä vasta-aineita jäljittämällä saatiin selville kuinka usein henkilöt olivat sairastuneet flunssaan, ja tulokset ovat ikäihmisten kannalta mieluisia: mitä vanhempi olet, sitä harvemmin saat flunssan.

Ikävämpi tosiasia on kuitenkin edelleen se, että pahan influenssan mahdolliset jälkitaudit ovat vaarallisempia ikääntyneille. Erityisesti yli 60-vuotiaat ovat suuressa riskissä saada flunssasta keuhkokuumeen.

Siis: tilastollisesti paras tapa saada flunssa yhä harvemmin on yksinkertaisesti ikääntyä (sekä välttää väkijoukkoja ja pestä kädet usein, kuten tiedettiin jo aikaisemmin).

Tutkimus ilmestyi viime viikolla PLOS Biology -julkaisussa (DOI: 10.1371/journal.pbio.1002082).

Kuva: Joshua Walsh / Flickr (CC-lisenssillä)

110 vuotta sitten Albert Einstein oivalsi, että valon erikoiset ominaisuudet johtuvat sen kaksinaisesta luonteesta: valo on sekä aaltoja että hiukkasia.

Kun säteily lankeaa metallipinnalle, se irrottaa atomeista elektroneja. Einsteinin selitys tälle "valosähköiselle ilmiölle" toi hänelle vuonna 1921 Nobelin palkinnon, ei suinkaan suhteellisuusteorian kehittäminen.

Valon ja ylipäätään sähkömagneettisen säteilyn kaksoisluonne tulee esiin monissa yhteyksissä ja runsaan vuosisadan aikana molemmat ominaisuudet on pystytty havaitsemaan useilla eri tavoilla. 

Aiemmin ei kuitenkaan ole saatu näkyviin sekä aalto- että hiukkasluonnetta yhtä aikaa. Lausannen teknillisessä korkeakoulussa (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL) on nyt saatu napattua kuva, jossa näkyvät molemmat valon ominaisuudet.

Kokeessa laserpulssi ammuttiin metalliseen nanolankaan, jolloin siinä olevat varatut hiukkaset alkoivat värähdellä. Lankaan syntyi seisova aalto, joka puolestaan sai langan lähettämään ympärilleen säteilyä.  

Sen jälkeen lankaan suunnattiin elektronisuihku. Kun elektronit osuivat langan säteilemään valoon, niiden nopeus kiihtyi tai hidastui. Elektronimikroskoopin avulla onnistuttiin kuvaamaan kohta, jossa elektronien nopeus muuttui, jolloin saatiin näkyviin valonlähteenä toimiva seisova aalto. 

Samalla kun elektronit kulkivat seisovan aallon ohi, jotkut niistä osuivat säteilyhiukkasiin eli fotoneihin. Juuri se aiheutti elektronien nopeuden muuttumisen: elektronien ja fotonien välillä siirtyi energiaa tietynkokoisina paketteina, kvantteina. Näin samassa kuvassa näkyy myös valon hiukkasluonne.

Fabrizio Carbonen johtaman tutkijaryhmän mukaan koe osoittaa, että kvanttimekaniikan paradoksaalisia ominaisuuksia – kuten säteilyn olemus sekä hiukkasina että aaltoina – on mahdollista kuvata suoraan. Sillä on puolestaan merkitystä esimerkiksi kvanttitietokoneiden kehitystyön kannalta, sillä kokeen perusteella on mahdollista "nähdä" ja siten hallita kvantti-ilmiöitä nanomaailman mittakaavassa.

Kuvauksessa käytettiin EPFL:n huippunopeaa transmissioelektronimikroskooppia, joita on maailmassa ainoastaan kaksi. Tutkimuksessa olivat mukana myös Trinity College ja Lawrence Livermore National Laboratory. 

Tuloksista kerrottiin EPFL:n sivuilla ja ne julkaistiin Nature Communications -lehdessä 2. maaliskuuta.

Virtahepojen kehityshistoria on ollut paleontologeille visainen arvoitus. Hampaiston ja kallon perusteella niitä pidettiin pitkään sorkkaeläinten lahkoon kuuluvan sikojen heimon sukulaisina, mutta eivät ne olekaan.

Vuosituhannen vaihteen molemmin puolin tehtiin dna-tutkimuksia, joiden tulokset olivat yllättäviä: virtahepojen lähimpiä yhä eläviä sukulaisia ovatkin valaat. Ongelmana oli kuitenkin edelleen fossiilien vähäisyys. Virtahepojen kehityksestä ei saatu selkeää kuvaa.

Ranskalaiset ja kenialaiset tutkijat ovat nyt selvittäneet, että virtahevot polveutuvat eliöryhmästä, joka on kuollut sukupuuttoon jo kauan sitten. Lokonesta Keniasta löytyneet leukaluun ja hampaiden fossiilit kuuluvat aiemmin tuntemattomalle eläinlajille, joka puolestaan kuuluu aiemmin tuntemattomaan sukuun.

Epirigenys lokonensis asusti Afrikassa noin 28 miljoonaa vuotta sitten. Löydön myötä virtahepojen kehityksestä on ensi kertaa saatu kuva, joka sopii sekä geneettiseen että paleontologiseen havaintoaineistoon.

Tutkijat vertasivat Keniasta löytyneitä fossiileja nykyisten virtahepojen, märehtijöiden, sikojen ja jo kadonneen, virtahepoja muistuttavan heimon (Anthracotherium) hampaistoon. Tulosten mukaan uusi eläinlaji, Epirigenys lokonensis, on "puuttuva rengas" noin 20 miljoonan vuoden ikäisten vanhimpien virtahepofossiilien ja Anthracotherium-heimoon kuuluneiden, noin 40 miljoonaa vuotta sitten eläneiden lajien välillä.