conowegownejczer

Hackowanie bakterii, pieśni godowe much i zderzenia planet [CNWN2]

Dzisiaj jeden artykuł opisany dość szczegółowo i trzy drobniejsze, bo jest… naprawdę ciekawie. Autorzy opisują najpierw teoretycznie „hackowanie” kodu genetycznego bakterii, a następnie faktycznie syntetyzowanie od zera całego chromosomu bakteryjnego z zadanymi modyfikacjami w kodzie. Powstaje w ten sposób nie tyle organizm modyfikowany genetycznie, co „przeprogramowany”. Baardzo ciekawe i o trudnych do przewidzenia konsekwencjach. To będziemy śledzić.

Potem trzy lżejsze tematy: pieśni godowe much (!) i coś nieco bardziej spektakularnego, czyli zderzenia planet i zabawy z kowadłem diamentowym.

Siadamy.


Hackowanie bakterii, czyli bawimy się kodem genetycznym

N. Ostrov i in. Design, synthesis, and testing toward a 57-codon genome, Science 19.08.2016, 819-822, DOI: 10.1126/science.aaf3639

Są obiecujące próby „przekodowania” całej bakterii. Idea polega na tym, aby syntetycznie wygenerować „od zera” jej cały chromosom i umieścić go w komórce bakteryjnej. W ten sposób uzyskuje się całkowitą kontrolę nad każdym genem. Dowcip polega na tym, że Ostrov i in. testują chromosom „przekodowany”, tj. taki, w którym na 64 możliwe kodony faktycznie wykorzystywanych jest tylko 57. Potencjalne zastosowania tej technologii są oszałamiające.

EscherichiaColi_NIAID

Escherichia coli. Spróbuję w najbliższym czasie zorganizować dostęp do źródłowych obrazków z artykułów, ale to może kosztować pieniążki. Szkoda, bo one zwykle wyjaśniają więcej niż takie losowe zdjęcia, a grafika musi być. Nic to. Napieramy. Źródło: Wikimedia.

Zacznijmy od szybkiej powtórki z genetyki. Chromosom to długa nitka zbudowana z czterech nukleotydów, oznaczanych literami A, C, G i T, stąd można czyjś genom zapisać w postaci ACGTGTCGAAA… i tak dalej. Gdy DNA jest „tłumaczone” na białko, każdej trójce kolejnych nukleotydów, czyli kodonowi (np. AAA, AAC, AAG… ogółem 64 możliwości) odpowiada jeden aminokwas. Proces „odczytywania” polega więc na skanowaniu „taśmy” DNA przez specjalną, służącą do tego maszynkę zwaną rybosomem. Do każdego kolejnego kodonu przyskakuje odpowiednia cząsteczka pośrednicząca, zwana tRNA, na drugim końcu której dynda aminokwas. Odczytywanie (translacja) białka z DNA polega więc na tym, że odpowiedni tRNA przykleja się do odczytywanego właśnie kodonu, przysuwając tym samym do – wystawionego niedaleko – łańcucha białkowego odpowiedni aminokwas. Przysuwa się, aminokwas zostaje doklejony, tRNA wypada. I tak jeden kodon za drugim. Dodajmy, że każdy kodon ma „swoją” cząsteczkę tRNA. Jest więc specjalna cząsteczka tRNA, która wiąże się, na przykład, z kodonem UCG; a na drugim końcu tej cząsteczki przyczepia się zawsze aminokwas zwany seryną. I tak dalej.

Cały dowcip polega na tym, że różnych możliwych kodonów jest 64, ale różnych aminokwasów tylko 20. Stąd pojawia się redundancja – jeden i ten sam aminokwas może zostać doklejony do łańcucha białkowego „za sprawą” kilku różnych kodonów. Przykładowo, serynie odpowiada nie tylko kodon UCG, ale też UCU, UCC, UCA, AGU i AGC. W pewnym więc sensie w kodzie genetycznym jest „luz” – to znaczy można by nim potencjalnie zakodować znacznie więcej, niż jest nim kodowane obecnie.

Przypuśćmy teraz, że jakiś szalony naukowiec (wiecie już, kogo mam na myśli?…:) ) postanowi wyciąć z jakiegoś genomu wszystkie sekwencje UCG i zastąpić je sekwencjami UCU. Efekt dla komórek będzie zerowy – w tym samym miejscu wszystkich białek i tak pojawi się seryna, ponieważ obydwa te kodony odpowiadają serynie. Powiedzmy następnie, że jakiś jeszcze bardziej szalony naukowiec (a teraz wiecie?…;) ) postanowi tym samym komórkom zabrać odpowiednie tRNA – czyli to, które normalnie łączyłoby się z sekwencją UCG. Albo je zmodyfikować, aby wklejało w białka zupełnie nowy aminokwas… Albo zrobić cokolwiek innego! Teraz przecież można już wszystko – mamy przecież jeden cały kodon do własnej dyspozycji!

No i tu wkraczają N. Ostrov i in. Zrobili właśnie to, tylko dla całej bakterii (oczywiście E. coli, nasz biotechnologiczny wół roboczy), plus „przekodowali” (usunęli wszystkie ich wystąpienia, tłumacząc na inne, synonimiczne) nie jeden, a siedem kodonów (gdyby kogoś interesowało: AGA, AGG, AGC, AGU, UUA, UUG i UAG). I co? Po pierwsze, bakteria prawdopodobnie nie zauważa różnicy (o tym, dlaczego tylko „prawdopodobnie”, piszę niżej). Zanim przejdę do wielkiego pytania: „PO CO?”, jeszcze trochę więcej o ich metodzie, bo aż przyjemnie o tym czytać. Żyjemy, kochani, w pięknych czasach.

Więc tak. Pierwszym etapem było „przekodowanie” chromosomu E.coli. Jest to krótki, bakteryjny chromosom, ma długość niecałych 4 milionów nukleotydów. Wydawałoby się, że wystarczy wkleić sekwencję do Worda i zrobić ctrl+H, zamień „AGA” na „AGG” i tak dalej, prawda? No cóż, nie całkiem. 🙂 Przede wszystkim, trzeba pamiętać, że sekwencja DNA nie ma napisane na sobie, gdzie zaczyna się i gdzie kończy kodon, stąd w sekwencji …AAGCCGACATA… nie wiadomo od razu, czy należy ją podzielić AAG-CCG-ACA-TA…, czy może raczej …AA-GCC-GAC-ATA-… Szuka się więc tzw. ramek odczytu, czyli miejsc, gdzie w chromosomie „zaznaczone” jest odpowiednią sekwencją (tzw. promotorem): „tu zaczyna się nowy gen”. To pierwsze. Na szczęście genom E. coli jest świetnie znany i wszystkie takie miejsca i wszystkie geny zostały już dawno zmapowane.

Następnie pojawiła się oczywiście kwestia wyboru kodonów do podmiany. Ponieważ Matka Natura lubi być trochę niedokładna, a trochę zostawiać sobie margines bezpieczeństwa, szukane były takie podmiany, które wywołają jak najmniej skutków ubocznych, plus oczywiście takie, które są względnie rzadkie. Gdy dany aminokwas jest kodowany przez kilka różnych kodonów, nie wszystkie występują równie często. Najwygodniej jest oczywiście wybrać przypadki rzadkie. Ogółem dokonano wyboru, który wymagał dokonania dokładnie 62214 podmian.

Następnie pojawiła się „drobna” kwestia praktyczna. Chromosom ma zostać zsyntetyzowany od zera (!!!). Pojawiają się różnego typu ograniczenia techniczne – każdy proces syntezy ma swoje ograniczenia. Autorzy nie syntetyzowali DNA sami, lecz zlecili to zewnętrznym firmom. Lwią część pracy odwalili ludzie z Gen9, którzy komercyjnie wyprodukują dla Ciebie cząsteczkę DNA do 1 miliona par zasad i przyślą do domu, elegancko zapakowaną, od 15 centów za parę. 🙂 Są jednak wymagania techniczne. Stosowana przez nich metoda (a spróbujcie się dowiedzieć, jaka konkretnie – powodzenia…) nie za dobrze radzi sobie z fragmentami kodu, w których występuje dużo nukleotydów G i T. Gdy takie występowały w E. coli, trzeba było więc pokombinować, stosując odpowiednie „synonimy” albo w ogóle wycinając dany fragment, jeżeli należał do genetycznego „śmiecia”. Genom został w ogóle troszkę odchudzony (usunięto np. niektóre tzw. sekwencje powtarzalne, które pozostały po infekcjach wirusowych), zostały z niego wycięte różne „kłopotliwe miejsca” mogące powodować problemy przy replikacji itd. No wiecie, standardowe „czyszczenie” genomu przed pracą. 🙂 Trochę jak „czyszczenie” kodu programu komputerowego…

Następnie chromosom został podzielony na 87 mniejszych segmentów, które były testowane oddzielnie. Pamiętacie, jak robiliście długie węże z domino, ale wyjmowaliście co jakiś czas jedną lub dwie kostki, żeby testować po kawałku? O to to. Każdy z nich zsyntetyzowano i osobno testowano, czy kodowane w danym fragmencie geny „działają”, tj. czy produkowane przez nie białka prawidłowo funkcjonują. Metoda jest taka, że wprowadza się dany fragment do komórki bakteryjnej (za pomocą tzw. plazmidów, czyli czegoś w stylu miniaturowych, samodzielnych chromosomików, które jednak mogą wędrować pomiędzy bakteriami, występować w wielu kopiach na komórkę itp. – formalnie są to ruchome elementy genetyczne; jeżeli chromosom jest prywatną, przekazywaną tylko potomstwu księgą przepisów danej bakterii, to plazmidy są swobodnie kserowanymi, powszechnie stosowanymi przepisami na szybkie dania; dzięki temu łatwo jest wprowadzić jakiś gen do bakterii, podszywając się pod któryś z plazmidów), a następnie wycina odpowiedni fragment „zwykłego” chromosomu bakterii i patrzy, czy wszystko OK.

Geny są różne (kwadratowe i podłużne) – część z nich koduje szalenie istotne białka, na przykład te, które są stale syntetyzowane i są potrzebne np. do trawienia. To tzw. housekeeping genes, czyli geny „do utrzymywania domu”. Jeżeli któryś z nich nie działa prawidłowo – szybka mogiła. Inne geny są odczytywane tylko czasem, np. w reakcji na infekcję wirusową, na kontakt z patogenną bakterią, w reakcji na szok cieplny… itp. Tu trochę trudniej sprawdzić, czy wersja „odchudzona” o 7 kodonów zadziałała prawidłowo – to jedno potencjalne źródło problemów. Aby się upewnić, że wszystko gra, należałoby zmusić bakterię do skorzystania z każdego swojego genu i zapewnić, że jego nieprawidłowa funkcjonalność wyszłaby na jaw. Prawda natomiast jest taka, że po prostu nie znamy funkcji niektórych genów, nawet u tak doskonale znanego organizmu jak E. coli.

Tak czy inaczej każdy z 87 fragmentów zawierał średnio 40 genów, z czego 3 miały charakter „krytycznie istotny”. W momencie pisania pracy autorzy sprawdzili 55 z 87 fragmentów (nie piszą tego, ale prawdopodobnie postanowili opublikować artykuł już teraz, ponieważ inne grupy badawcze dyszą im za plecami). Zdarzały się wpadki, ale dające się skorygować, i w większości przypadków bakterie z podmianą funkcjonowały prawidłowo, rozmnażając się w tempie zbliżonym do oryginalnego i, jak to się ładnie mówi, wydając płodne potomstwo. 🙂

Na koniec dodam, że nowo uzyskany (na razie uzyskany na papierze, ale to kwestia czasu) szczep dostał swoją nazwę: rE.coli-57. Brzmi biotechnologicznie i trochę strasznie, prawda?

Uff… No OK.

Co z tego?

A ruszcie sami wyobraźnią. 🙂 To biotechnologia, tu trzeba ruszyć wyobraźnią.

Ja tylko rzucę jeden haczyk, który zarzucili na nas sami autorzy. Cytuję z pracy (str. 819):

Once a codon is replaced genome-wide and its cognate transfer RNA (tRNA) is eliminated, the genomically recoded organism (GRO) can no longer translate the missing codon. Genetic isolation is achieved because DNA acquired from viruses, plasmids, and other cells would be improperly translated, which would render GROs insensitive to infection and horizontal gene transfer.

Czyli: gdy „genetycznie przekodowany” organizm (GRO) nie potrafi już odczytywać danego kodonu, staje się niepodatny na (niektóre) infekcje. Czemu? Pomyślmy o infekcji wirusowej. Wirus to tak naprawdę paczuszka z fragmentem DNA (lub RNA), która zostaje wstrzyknięta do komórki, i tam odczytana – przez maszynerię genetyczną organizmu zainfekowanego! Oznacza to, że jeśli w DNA wirusa występuje, powiedzmy, kodon AGA, to nie zostanie on odczytany lub zostanie odczytany nieprawidłowo. Jakąkolwiek sztuczkę chciał zrobić ten wirus, szansa na jej poprawne wykonanie dramatycznie spada. Przy braku siedmiu kodonów szansa na to, że wirus wygeneruje choćby jedno poprawie fałdujące się białko (czyli uzyskujące poprawny kształt, a więc i funkcję) spada niemal do zera – zwłaszcza, gdyby dopasować wybór kodonów do określonego wirusa, np., hm… pomyślmy, wirusa HIV albo wirusa brodawczaka ludzkiego HPV? Uzyskalibyśmy w ten sposób organizm nieodróżnialny funkcjonalnie od wyjściowego, ale całkowicie niepodatny na infekcje wirusowe.

Analogia komputerowa, która przychodzi mi do głowy, to przepisanie wszystkich programów na danym komputerze, tak, aby nie występowała w nich jakaś szalenie powszechna struktura, np. instrukcja IF, przy zachowaniu pełnej funkcjonalności. Następnie należało usunąć z asemblera (dobrze kombinuję?) możliwość poprawnego tłumaczenia tej instrukcji na kod maszynowy. W takim razie żaden wirus zawierający instrukcję IF nie byłby w stanie się poprawie uruchomić na tym komputerze.

Obyś żył w ciekawych czasach… 🙂


Serenady godowe muchy – analiza genetyczna

Y. Ding i in. Natural courtship song variation caused by an intronic retroelement in an ion channel gene, Nature 18.08.2016, DOI: 10.1038/nature19093

Samce muszki Drosophila simulans i jej bliskiej kuzynki Drosophila mauritiana wabią samice charakterystycznymi sekwencjami „śpiewów”. Mają one swój rytm, swoją melodię; inne u różnych osobników, ale przede wszystkim u tych dwóch gatunków. Okazuje się, że da się dotrzeć do genetycznych podstaw tych różnic. Gdyby ktoś się zastanawiał, o co chodzi, kiedy się mówi, że „naukowcy odkryli gen bla-bla”, to właśnie o coś takiego.

Zacznijmy od samej bomby. Muszki owocówki mają śpiewy godowe. Ściślej, brzęczą skrzydłami w charakterystyczny sposób. Chcecie usłyszeć? Pierwszy link i drugi link – w obydwu przypadkach jest to pięciokrotnie powtórzone nagranie 0,5-sekundowego brzęczenia. Chcecie zobaczyć. Proszę bardzo. Prawda, jak emocjonujące?

No więc naukowcy w końcu się wkurzyli: jak to jest, że śpiewają różne piosenki? Zrobili więc to, co robi każdy porządny naukowiec. Przeczesali genom. (Tak, dwa artykuły z genetyki w jednym tygodniu. I co mi zrobicie?:) ) Ponieważ D. simulans i D. mauritiana różnią się średnio jednym nukleotydem na sto (dwa gatunki muszki, rozeszły się genetycznie ok. 240 tys. lat temu, podobieństwo genetyczne 99% – warto włożyć sobie ten fakt do jakiejś szufladki w mózgu), więc nie da się tego znaleźć „ręcznie”.

Przyjęto metodę tyleż benedyktyńską, co po prostu siłową. Wygenerowano olbrzymią grupę muszek, którym w losowym miejscu genomu wklejono genetyczną „przeszkadzajkę” (tzw. transpozon; nawiasem mówiąc, robiono to metodą CRISPR/Cas9, o której bywa w ostatnich czasach dość głośno). Następnie nagrano i przeanalizowano pieśń godową tych losowo zmutowanych muszek (oczywiście tych osobników, które taką ingerencję w ogóle przeżyły; jak transpozon trafiał w środek jakiegoś ważnego genu, to mogiła). W końcu udało się znaleźć jakąś muszkę, którą śpiewała inaczej, więc wygenerowano następne 50 muszek, którym wklejono ten sam transpozon w losowych miejscach, ale już w okolicy tego miejsca, gdzie wklejka trafiła u tej pierwszej inaczej śpiewającej muszki.

Taką metodą kolejnych przybliżeń udało się w końcu namierzyć ten gen – o wdzięcznej nazwie slo. Przeprowadzono parę testów, żeby to potwierdzić, a następnie wykluczyć ewentualność, że to sąsiedzi, i bingo. Mamy solidnego kandydata. Następne pytanie brzmi oczywiście, co to za gen. Okazuje się, że koduje on kanał błonowy (a więc białko w kształcie beczki siedzące w błonie komórkowej, które selektywnie coś wpuszcza albo wypuszcza do/z komórki), obficie występujący w mózgu muchy. Białko to nie ma ściśle związku z pieśnią godową, ale okazuje się, że różne jego warianty powodują różne wzorca machania skrzydłami w ogóle. Po prostu – któreś ścieżki neuronalne w mózgu aktywują się nieco szybciej, albo nieco wolniej, albo z nieco inną dynamiką, bo błona neuronów z kanałem slo zachowuje się odrobinkę inaczej. Coraz lepiej.

Następny krok: przyporządkować różnice w pieśni godowej do różnic genetycznych. Bierze się więc 12 muszek jednego gatunku, 12 muszek drugiego gatunku, nagrywa i analizuje pieśń, a następnie zabija i sekwencjonuje gen slo. Pojawiają się wtedy podejrzenia co do miejsca w białku, które może odpowiadać za różnicę. Okazuje się, że jest to spory, wyraźnie wydzielony blok („retroelement”), który występuje u D. simulans, ale nie u D. mauritiana. (Dla bardziej wkręconych w genetykę dodam, że ten element umiejscowił się w intronie, a nie w eksonie, więc różnica rozbija się nie tyle o odmienną sekwencję, co o alternatywny splicing mRNA.) Jego sekwencja przypomina sekwencje wirusowe, robocza hipoteza jest więc taka, że gdzieś w ciągu ostatnich 240 tys. lat mauretańskie drozofile złapały jakąś infekcję, w wyniku której sekwencja wirusowa na stałe wkleiła się w gen białka błonowego występującego w mózgu, w wyniku czego pewien fragment ich pieśni godowej ma teraz inny rytm.

Super historia, prawda?


 Wielkie straszne kamienne bum

N. Movshovitz i in. Impact disruption of gravity-dominated bodies: New simulation data and scalingIcarus 1.09.2016, DOI: 10.1016/j.icarus.2016.04.018

J. Badro i in. An early geodynamo driven by exsolution of mantle components from Earth’s core, Nature 18.08.2016, 326-328, DOI: 10.1038/nature18594

Dwa artykuły opisujące wczesną historię planet. W jednym (Badro i in.) autorzy próbują wymyślić, dlaczego właściwie metaliczne jądro Ziemi zaczęło się przelewać i kotłować tak, że skutkiem było generowanie pola magnetycznego – sztuczka, która udaje się do dzisiaj. W drugim (Movshovitz i in.) autorzy modelują zderzenia niewielkich planet, kiedy to jedna wpada w drugą, rozgniatając ją w pył. Auć.

Te dwa teksty nie przejdą do historii nauki (co może stać się z pierwszym dzisiaj omawianym), dotyczą po prostu tematu, który fascynuje mnie swoim… rozmachem. Zderzenia planet – czy może być coś z większym powerem? Kiedy wybuchają gwiazdy i zderzają się galaktyki, ma to absurdalny, niewyobrażalny rozmach, z którym nie potrafimy się utożsamić. Nie porusza mnie, że coś waży trylion kilogramów albo że wyzwolonych zostało milion miliardów biliardów dżuli. To tylko liczby. Umiem natomiast wyobrazić sobie, że Ziemia zderza się z Marsem; że na niebie pojawia się wielka, i coraz bardziej rosnąca kula, która w końcu pokrywa całe niebo i zgniata nasz świat, ryje głęboko w płaszczu skalnym, a wszystko w końcu pokrywa się magmą i skalnym pyłem. No, przynajmniej trochę umiem sobie to wyobrazić…

Opiszę więc te dwa artykuły, ale nie dlatego, że są to szczególnie spektakularne wyniki, ale głównie dlatego, że poruszają moją wyobraźnię.

Pierwszy tekst (Movshovitz i in.) dotyczy wczesnego okresu ewolucji planet, kiedy to nieustannie zderzały się ze sobą ciała skaliste o rozmiarze 100-1000 km – ni to wielkie asteroidy, ni to małe planetki. Układ Słoneczny był więc niezwykle brutalnym miejscem, wszędzie latały bloki kamienia, „kluski” magmy, pył skalny, gruz itp. Ostatecznie większe obiekty przyciągały coraz więcej mniejszych ciał i w ten sposób wyłoniła się pierwsza liga kamiennych kulek, które dzisiaj określamy jako planety. Autorzy wykonali olbrzymią ilość symulacji, które wyglądają mniej więcej tak:

Autorów szczególnie interesowały, przy jakich parametrach zderzeń (prędkość, kąt, skład chemiczny ciał) itp. dochodzi do tzw. critically catastrophic disruption (urocza nazwa, prawda?), czyli zderzenie na tyle energetyczne, że większość masy opuszcza układ: to nie jest tak, że dwie kluski zlewają się ze sobą, co raczej dochodzi do rozbryzgu, z którego niewiele zostaje. Kosmos ma wykop, ot co.

Drugi tekst jest nieco bardziej hermetyczny, ale warto w niego „wejść”. Autorzy pośrednio przetestowali nowy sposób na „zmuszenie” młodego jądra Ziemi do cyrkulowania w taki sposób, aby generowało ono pole magnetyczne, więc artykuł ten po części tłumaczy zagadkę istnienia pola magnetycznego Ziemi.

Zasadnicza idea jest taka, że płynne, metaliczne jądro Ziemi musi cały czas cyrkulować, jak woda w gotującym się garnku, ponieważ ruchy roztopionego żelaza generują pole magnetyczne naszej planety (geodynamo). A żeby do tego dochodziło, potrzebna jest energia. Zbiornik płynu, nawet będącego roztopionym żelazem, przy braku stałego dopływu energii ostatecznie nieruchomieje. Stąd pojawia się problem „budżetu energetycznego” jądra Ziemi.

Część energii pochodzi z izotopów radioaktywnych rozpuszczonych w płynnym metalu.

Część energii pochodzi z „osiadania” grawitacyjnego jądra.

Część energii to resztkowe ciepło pozostałe po gorących początkach życia naszej planety (patrz: opisywane wyżej zderzenia).

Dzisiaj znaczna część pochodzi z procesu „wytrącania się” stałego jądra wewnętrznego. O co cho? Już mówię. Metal stanowiący jądro wewnętrzne jest nieco gęstszy niż stop składający się na jądro zewnętrzne, więc w momencie „wrośnięcia” części materii z jądra zewnętrznego w jądro wewnętrzne (po prostu krystalizacji), uwalnia się niewielka ilość mieszanki odrobinę lżejszej od tego stopu. Przypuśćmy, że jądro zewnętrzne jest mieszaniną A+B, gdzie A jest czymś mniej gęstym od B, a jądro wewnętrzne stanowi jedno wielkie wytrącenie składnika B. Gdy więc na dnie jądra zewnętrznego z kolejnej porcji mieszaniny A+B wyciągnięta zostaje składowa B, pozostaje nadmiar składnika A, który jest lżejszy od otoczenia (będącego wciąż mieszaniną A+B). Coś lżejszego zanurzone w czymś gęstszym chce się wznieść, więc na dnie jądra zewnętrznego stale generowana jest „chęć wznoszenia się” (formalnie: uwolniona zostaje grawitacyjna energia potencjalna). Dla ciekawskich: ruchy płynu wywołane przez unoszenie się uwolnionego przy dnie składnika lżejszego ze względu na swój skład chemiczny określa się jako compositional convection (czyli „konwekcja napędzana różnicą składu”), a bohaterami tej opowieści są: stop żelazo-niklowy (A), zaś tajemniczym lekkim dodatkiem, wypychanym do jądra zewnętrznego (B) jest prawdopodobnie tlen albo siarka.

Może się to wszystko wydawać okrutnie niszowe i techiczne, ale to są właśnie powody, dla których Ziemia ma wokół siebie ochronny kokon pola magnetycznego. Te relacje przyczynowe w Kosmosie w ogóle są przedziwne. Jesteśmy chronieni przed wiatrem słonecznym (bo to w zasadzie robi nasze pole magnetyczne), ponieważ tlen atomowy ma w wysokich ciśnieniach mniejszą rozpuszczalność w stałej mieszaninie żelazo-nikiel niż w stopie żelazo-nikiel. Nasze istnienie jest uzależnione od tak dziwnych i losowych cech Kosmosu… Nic to.

Dochodzimy teraz do sedna problemu: młoda Ziemia nie miała jądra wewnętrznego. Zaczęło się ono „wytrącać” z całkowicie płynnego jądra dopiero ok. 1,5 miliarda lat temu (plus minus, różne osoby mają tu bardzo różne opinie, wszystko rozbija się o to, w jakim tempie stygnie Ziemia). Dzisiaj compositional convection to jedno z głównych źródeł energii ziemskiego dynama. Skąd brakująca energia w młodej Ziemi? Część da się wyjaśnić większą wówczas aktywnością izotopów radioaktywnych (które zdążyły się od tego czasu częściowo „wypalić”), ale to za mało.

No i teraz dopiero dochodzimy do artykułu Badro i in. Wykonali oni, proszę szanownych, eksperymenty w tak zwanym „imadle diamentowym” (diamond anvil cell), w którym bardzo mocno ściska się jakąś próbkę, wkładając ją w bardzo silną prasę, pomiędzy dwa kawałki diamentu w kształcie piramidy – lokalnie uzyskiwane są bardzo wysokie ciśnienia, nawet rzędu dziesiątków gigapaskali. W tym artykule opisywane są eksperymenty z ciśnieniami 35-74 GPa, próbki ponadto podgrzewano laserem, aby uzyskać ciśnienia i temperatury odpowiadające warunkom w jądrze Ziemi.

Po podgrzaniu i ściśnięciu próbki reprezentującej metaliczne jądro Ziemi zaczęła ona „pocić się” tlenkiem magnezu – składnik ten zaczął się „wyciskać” (wytrącać) z próbki. No i to właściwie tyle. Tlenek magnezu jest lżejszy od samego stopu, w którym był rozpuszczony, więc gdyby w środku młodej Ziemi dochodziło do tego właśnie procesu, mielibyśmy brakujące źródło energii: znowu compositional convection, tylko bez stałego jądra wewnętrznego. Ot i cała awantura. 😉

Jakieś pytania?

Przypominam, że można mnie również zaczepiać na Facebooku i tamże informuję o moich bieżących działaniach: co piszę, gdzie bywam etc: facebook.com/co.robi.lukasz.lamza.

Share this Story
Zobacz inne podobne wpisy
Zobacz inne wpisy Łukasz Lamża
Zobacz inne w kategorii conowegownejczer

Zobacz

Marihuana i mózg – artykuł przeglądowy w Nature [CNWN9]

A dzisiaj tylko ten jeden tekst. Ech, coś mi ...

Inline
Inline