Skip to header Skip to main navigation Hyppää pääsisältöön Skip to footer

Main navigation

  • Etusivu
  • Aihealueet
    • Avaruus
    • Tiede
    • Tekniikka
    • Luonto ja ympäristö
    • Terveys ja lääketiede
    • Ihmiset
    • Taide
    • Paikkoja
    • Arvioita
  • Videot ja podcastit
  • Uusimmat jutut listana
  • Jutturuletti
  • Tiedekiinnostavuuskartta
Tiedetuubi

Solu on kuin teltta

Jari Mäkinen

Solut, joista me muodostumme – samoin kuin kaikki eläimet ja kasvit koostuvat – ovat paitsi biologiaa ja kemiaa, niin myös mekaniikkaa: soluilla on kiinteä rakenne, ja tuoreen tutkimuksen mukaan se on olennaisesti aiemmin oletettua monimutkaisempaa.

Tampereen yliopiston BioMediTechissä toimivan Suomen Akatemian tutkijatohtori Teemu Ihalaisen yhdessä kansainvälisen tutkijaryhmän kanssa saamat yllättävät tulokset on julkaistu tällä viikolla Nature Materialsin verkkojulkaisussa.

Tutkimuksessa havaittiin ensimmäistä kertaa, että solutumaan välittyvä solun tukirangan jännitys muuttaa tuman sisäpinnan rakenteita. Nämä samat rakenteet sitovat geneettistä materiaalia, kromatiinia ja siten mekaanisella signaalilla on suoraan mahdollisuus vaikuttaa kromatiinin rakenteeseen ja geenien luentaan.

”Vertauskuvallisesti voidaan ajatella, että jos solu on teltta ja telttaa pystyssä pitävät narut ovat solun tukirankaa, niin projektissa tekemäämme havaintoa mukaillen naruista nykiminen muuttaisi teltan keskelle asetetun repun tavaroiden järjestystä", selittää Ihalainen. 

"Havaitsimme myös, että tuman sisäpinta on jakautunut kahteen osaan, ala- ja yläpintaan, jotka ovat rakenteellisesti erilaisia."

Projekti oli alusta saakka hyvin poikkitieteellinen ja siinä yhdistyi solu- ja molekyylibiologia sekä biomateriaalien tutkimus. Erilaisten biomateriaalien avulla manipuloitiin solujen mekaniikkaa, niiden jännitystä tai geometriaa. Kokeissa käytettiin hyväksi erilaisia pehmeitä solujen kasvatusalustoja (hydrogeelejä) tai esimerkiksi erilaisia ”mikrosaarekkeita”, joiden avulla soluja voitiin ohjata kasvamaan eri muotoihin. Soluja manipuloitiin mekaanisesti myös pehmeillä geelityynyillä. Kaikki menetelmät yhdistettiin korkean erotuskyvyn konfokaalimikroskopiaan, jonka avulla saatiin tarkkaa tietoa solujen rakenteista ja tuman toiminnasta.

Tähän asti on ajateltu, että solut aistivat niihin kohdistuvia voimia pääasiassa solukalvon läheisyydessä, pisteissä joissa solu kiinnittyy ympäristöönsä.

”Projektissa halusimme tutkia, miten syvällä solun sisällä voiman aistimus voi tapahtua. Tästä syystä keskityimme solun tuman toimintaan ja sen muutoksiin erilaisissa olosuhteissa. Solun tuma pitää sisällään solun geneettisen materiaalin ja lähivuosina on selvinnyt, että tuma on kiinnittynyt solun tukirankaan. Tämä kiinnittyminen mahdollistaa suoran mekaanisen jännityksen välittymisen solun pinnasta aina tumaan saakka. Jos mekaaninen voima pystyisi muuttamaan tuman rakenteita, se voisi vaikuttaa myös geenien luentaan ja sitä kautta solun toimintaan.”

Solut pystyvät kehittämään monimutkaisen solutukirankansa avulla mekaanisia voimia. Tämä soluissa syntynyt mekaaninen jännitys voi välittyä suoraan soluista soluihin tai epäsuorasti solujen välillä soluväliaineen kautta. Näiden lisäksi soluihin kohdistuu muita voimia kuten leikkausvoimia ja osmoottisista ilmiöistä muodostuvaa painetta.

Nykyisin tiedetään, että solut pystyvät aistimaan niihin kohdistuvia mekaanisia voimia sekä ympäristönsä fysikaalisia ominaisuuksia kuten jäykkyyttä ja elastisuutta. Nämä ”mekaaniset signaalit” vaikuttavat solujen toimintaan, kuten kantasolujen erilaistumiseen, alkion kehitykseen ja syövän syntyyn.

”Tällä hetkellä emme kuitenkaan ymmärrä tämän niin kutsutun mekanotransduktion yksityiskohtia, esimerkiksi sitä, millä mekanismilla mekaaninen voima voi vaikuttaa vaikkapa geenien luentaan. Prosessin yksityiskohtainen ymmärtäminen on laaja-alaisesti tärkeää ja helpottaisi huomattavasti esimerkiksi biomateriaalien kehittämistä sekä niiden soveltamista mm. kantasoluteknologiassa”, selittää Ihalainen.

Juttu perustuu Suomen Akatemian lähettämään tiedotteeseen.

Pimeää energiaa jäljitettiin laboratoriossa

UCLA:n tyhjiökammio
UCLA:n tyhjiökammio
Markus Hotakainen

Pimeä energia saa maailmankaikkeuden laajenemaan kiihtyvällä vauhdilla. Pimeä energia muodostaa yli kaksi kolmasosaa universumin massa- ja energiasisällöstä. Kukaan ei kuitenkaan tiedä, mitä pimeä energia on.

Pimeä energia löydettiin vuonna 1998, kun kaukaisten supernovien tutkimus osoitti, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy eikä suinkaan hidastu, kuten aiemmin oli arveltu. "Löytäminen" on kuitenkin ehkä liioittelua, sillä pimeä energia on toistaiseksi teoreettinen selitys kiihtyväksi havaitulle liikkeelle.

Pimeän energia olemusta on yritetty selvittää erilaisin mallein ja kokein, mutta arvoitus on yhä vailla ratkaisua. Yhden olettamuksen mukaan pimeän energian aikaansaama työntövoima on mitattavissa vain alueilla, joilla tiheys on äärimmäisen pieni – esimerkiksi galaksienvälisessä avaruudessa.

Niin kauas on mahdoton viedä mittalaitteita, joten tutkijat ovat yrittäneet luoda vastaavanlaiset olosuhteet laboratoriossa. Paul Hamiltonin johdolla on UCLA:ssa (University of California, Los Angeles) kehitetty laitteisto, jolla pimeän energian aiheuttamaa voimaa voidaan mitata. Tai ainakin sitä voidaan yrittää mitata.

Hamiltonin tutkijaryhmän tähtäimessä olivat vuodesta 2004 lähtien tutkitut "kameleonttikentät", jotka saattavat olla pimeän energian aiheuttaman voiman taustalla. Siis teoreettisesti. Kenttien synnyttämä voima, joka olisi "viides voima" tuttujen gravitaation sekä sähkömagneettisen, vahvan ja heikon voiman rinnalla, riippuisi ainetiheydestä.

Viidettä voimaa ei ole yrityksistä huolimatta kyetty havaitsemaan, sillä teorian mukaan tiheillä alueilla – esimerkiksi Maan ilmakehässä – kentät heikkenisivät niin vähäisiksi, että voiman mittaaminen kävisi mahdottomaksi.

UCLA:n koelaitteisto oli suunnilleen jalkapallon kokoinen tyhjiökammio, jossa paine laskettiin triljoonasosaan normaalista ilmanpaineesta. Kammiossa oli cesium-atomeja, joiden liikkeen perusteella viidettä voimaa pyrittiin mittaamaan. 

Atomit jäähdytettiin kymmenen miljoonasosa-asteen päähän absoluuttisesta nollapisteestä, jotta niiden oma liike oli mahdollisimman vähäistä. Sitten kammioon suunnattiin infrapunalasersäde, jonka avulla voitiin määrittää cesium-atomien kiihtyvyys gravitaation ja mahdollisen muun voiman vaikutuksesta.

Kammion keskelle oli asetettavissa marmorikuulan kokoinen alumiinipallo, jonka tarkoitus oli vaimentaa "kameleonttikentät", jolloin mitättömän pienen voiman vaikutus olisi ollut mahdollista mitata. Mittaus tehtiin kahdesti: ensin alumiinipallon ollessa kammiossa ja sitten ilman alumiinipalloa. Teorian mukaan cesium-atomeihin vaikuttavan voiman olisi pitänyt olla eri mittauskerroilla erilainen.

Tutkijat eivät kuitenkaan havainneet atomien liikkeissä minkäänlaisia eroja. Se ei tarkoita, etteikö kameleonttikenttiä saattaisi silti olla olemassa. Nyt saatiin yläraja sille, kuinka voimakkaasti kameleonttikentät voivat vuorovaikuttaa tavallisen aineen kanssa. Pimeä energia ei kuitenkaan edelleenkään saanut selitystä. 

Laboratoriotutkimuksesta kerrottiin UCLA:n uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen)

Kuvat: Holger Müller (tyhjiökammio) ja Simca Bouma (piirros)

 

Uusi suprajohde - mullistavan lämmin ja hyvin epäkäytännöllinen

Kuva: Henry Mühlpfordt
Kuva: Henry Mühlpfordt
Jarmo Korteniemi

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet luomaan suprajohtavuutta lämpötiloissa, joita esiintyy planeetaltamme aivan luonnollisesti. Suprajohtavuustutkimus suoritettiin Max Planck -instituutin kemian laboratoriossa Maintzissa, ja julkaistiin Nature-tiedelehdessä.

Rikkivety saatiin johtamaan sähköä ilman vastusta -70 asteessa. Vastaavia lämpötiloja esiintyy Etelämantereella, ja Siperiassakin päästään lähes samaan (ennätys -68°C). (Lue lisää aiemmasta artikkelistamme: Mistä löytyy maapallon kylmin paikka.)

Uutta suprajohdetta ei kuitenkaan voida vielä hyödyntää sen epäkäytännöllisyyden vuoksi. Aine täytyi altistaa yli puolentoista miljoonan ilmakehän paineeseen. Tämä saatiin aikaan puristamalla hyvin pientä rikkivetymäärää prässissä kahden timantin välissä.

Rikkivety on huoneenlämmössä pahalta haiseva ja väritön kaasu. Kylmennettynä se kiinteytyy, ja kovassa yli 900 000 ilmakehän paineessa se käyttäytyy kuin metalli. Tutkijat epäilevät, että kovassa paineessa aine muuttuu entistä tiheämmäksi, siten että jokaisella rikki-ionilla olisikin kahden sijasta kolme vetyseuralaista (H3S).

Tutkijat eivät ole aivan varmoja, miksi rikkivety muuttuu suprajohtavaksi. He epäilevät syypääksi kevyitä vetyioneja.

Suprajohtavissa aineissa korreloituneet elektroniparit (Cooperin parit) mahdollistavat sähkövirran nopeamman läpivirtauksen. Pariutuminen on kvanttifysikaalinen ilmiö, mutta voidaan esittää perinteisen fysiikan avulla: Metallissa olevat elektronit vetävät negatiivisella varauksellaan puoleensa aineen 'kehikon' positiivisesti varautuneita ioneja. Kun kehikko vääristyy hieman, syntyy heikkoja positiivisen varauksen tihentymiä, 'pilviä'. Ne taas vetävät puoleensa muita elektroneja -- voimakkaammin kuin elektronit hylkivät toisiaan. Syntyy Cooperin pareja. Elektronit tosin vuorovaikuttavat keskenään varsin heikosti, ja jo pienikin lämpötilavaihtelu voi tuhota parin. Tämän on syynä sille, että suprajohteet täytyy pitää varsin alhaisissa lämpötiloissa. Tätä tutkimusta ennen suprajohtavuutta oli onnistuttu luomaan vain aineilla, jotka on jäähdytetty reippaasti alle -100 asteeseen.

Tutkijoiden oletus on, että nyt kehitetyssä rikki-vety -suprajohteessa avainasemassa ovat kevyet ja pienet vetyionit. Elektronit onnistuvat liikuttamaan niitä helpommin, sekä enemmän, kuin raskaampia ioneja. Positiiviset pilvet muodostuvat siksi tiheämmiksi, ja elektronien vuorovaikutus voimistuu. Tällaiset elektroniparit sietävät myös enemmän lämpöliikettä.

Tutkijat toivovat, että lämpötilaennätys rikotaan pian. Huoneenlämmössä (tai ainakin sen lähellä) toimivien suprajohteiden kehittäminen voi mullistaa lähes kaiken sähkön käyttöön liittyvän.

Juttu perustuu New Scientistin artikkeliin sekä Nature-tiedelehdessä julkaistuun tiedeartikkeliin. Otsikkokuvan magneettien päällä leijuva suprajohde ei liity tapaukseen (Kuva: Henry Mühlpfordt / Flickr).

Päivitys 19.8. klo 21.30: Korjattu kirjoitusvirhe toiseksi viimeisestä kappaleesta.

Neste kelluu valossa

Markus Hotakainen

Päivän kuva

Ranskalaiset tutkijat ovat soveltaneet Leidenfrostin ilmiötä uudella tavalla. Jos vesipisara on paistinpannulla, jonka lämpötila on vain hieman yli 100 celsiusastetta, pisara hajoaa ja pannun pinnalle muodostuu vesihöyrykuplia.

Jos lämpötila sen sijaan on paljon korkeampi, yli 280 astetta, pisaran ja pannun väliin muodostuu höyrykerros, jonka varassa pisara leijuu koskettamatta pannun pintaa.

"Ilmatyyny" on kuitenkin mahdollista saada aikaan myös ilman korkeaa lämpötilaa. Sama onnistuu sähkövirralla. Tutkijat käyttivät kokeessaan laimeaa suolahappoliuosta, joka johtaa sähköä.

Kun metallipinnalla olevaan pisaraan johdettiin 50 voltin sähkövirta, metallilevyyn kulkeva sähkö alkoi hajottaa vettä vedyksi ja hapeksi. Pisara kohosi ilmaan ja jäi leijumaan sinisenä hohtavan kaasukerroksen päälle (klikkaa kuva isommaksi).

Ensin tutkijat arvelivat, että kaasu on vetyä mutta tarkemmin tutkittaessa se osoittautui vesihöyryksi. Sähkövirta ionisoi sen, joten käytännössä sininen hohde tulee plasmasta. Tutkijat tulivat löytäneeksi edullisen ja helpon tavan tuottaa plasmaa, jonka aikaansaaminen vaatii yleensä korkeaa lämpötilaa ja suurta energiaa.

Kuva: Cedric Poulain et al./CEA

Mitä tapahtuu muusikon päässä? Video näyttää.

Mitä tapahtuu muusikon päässä? Video näyttää.

Mitä tapahtuu muusikon päässä, kun hän esiintyy? Tieto kulkee aivopuoliskolta toiselle, mutta myös aivot sekä koko keho ovat tiiviimmin tekemisissä toistensa kanssa – muusikko esiintyy koko kehollaan.

Jari Mäkinen
13.08.2015

Musiikki voi myös auttaa tehostamaan aivotoimintaa. Esimerkiksi vieraita kieliä voi opiskella paremmin sävelten siivittämänä ja motorisia taitoja voi harjoittaa musiikin avulla. Myös aivovammoista toipumisessa musiikki joko itse laulaen tai soittaen, tai vain musiikin kuuntelu voi olla avuksi. Lisäksi oppimisvaikeuksista kärsiville musiikin on havaittu olevan hyödyllistä.

Niinpä musiikkia ja aivotoimintaa kannattaa tutkia, ja professori Minna Huotilaisen tutkimusryhmä tekee juuri niin. Huotilainen kertoo enemmän asiasta (englanniksi) tällä Helsingin yliopiston tuottamalla videolla, missä lauluyhtye Rajaton laittaa päänsä pantiksi tutkimukselle. Jussi Chydeniuksen ja Essi Wuorelan päässä oli esiintymisen ajan sensorimyssy, jonka avulla heidän aivosähkökäyräänsä voitiin tarkkailla.

Video: Konsta Leppänen

Suosituimmat tänään

Miksi lentäjäpioneeri Otto Lilienthal kuoli?
La Silla – Euroopan eteläisen observatorion ensimmäinen havaintopaikka Chilessä
Lentopodi 3 – Lennetään simulaattorilla ja jutellaan siitä, miten lentokone pysyy ilmassa
Jutturuletti
Koeajo: Cupra Tavascan taipuu liiankin moneen – kaaos on kuitenkin kaunista

Kuin kissa ja koira

Sapelihammaskissa
Sapelihammaskissa
Markus Hotakainen

Vanha vitsi kissojen ja koirien keskinäisestä vihanpidosta on vielä vanhempi kuin voisi kuvitella. Eikä se ole mikään vitsi.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on tarkastellut yli 2 000 fossiilia ja tullut siihen tulokseen, että koiraeläinten evoluution kannalta keskeisin tekijä on ollut kilpailu kissaeläinten kanssa. Se on ollut jopa merkittävämpi kuin ilmaston muinainen muuttuminen.

Kissaeläinten levittäytyminen Aasiasta Pohjois-Amerikkaan oli tuhoisaa koiraeläinten lajirunsauden kannalta. Tutkijat arvioivat, että kova kilpailu aiheutti kymmenien lajien kuolemisen sukupuuttoon. 

"Yleensä oletamme ilmastonmuutosten olleen ylivoimaisesti merkittävin tekijä biodiversiteetin kannalta. Kävikin ilmi, että eri petoeläinlajien välinen kilpailu on koiraeläinten kannalta ollut vielä merkittävämpi", vahvistaa Daniele Silvestro Göteborgin yliopistosta.

Koiraeläinten heimo alkoi kehittyä Pohjois-Amerikassa noin 40 miljoonaa vuotta sitten. Koirien kukoistuskausi koitti vajaat 20 miljoonaa vuotta myöhemmin, jolloin eri lajeja oli yli 30. Nykyisin lajeja on Pohjois-Amerikassa enää yhdeksän.

Lajien koko kasvoi ja yksilöiden paino saattoi ylittää 30 kiloa. Koiraeläimet kuuluivat siten mantereen kookkaimpiin petoihin. Nykyisin suurilla petoeläinlajeilla on isompi riski kuolla sukupuuttoon kuin pienemmillä lajeilla, mutta muinoin tilanne oli toinen.

Petoeläinten evoluutio nojaa vahvasti niiden kykyyn hankkia ravintoa. Saaliseläinten rajallinen määrä saa aikaan samalla seudulla asuvien petoeläinten välillä kiivasta kilpailua. Esimerkiksi Afrikan nykyiset petoeläimet kuten hyeenat ja hyeenakoirat sekä leijonat ja muut kissaeläimet saalistavat samoilla apajilla.

Pohjois-Amerikassa tilanne oli miljoonia vuosia sitten vastaavanlainen. Koiraeläimet kilpailivat paitsi keskenään myös kissaeläinten kanssa. Tutkijoiden mukaan kissaeläimillä oli vahva negatiivinen vaikutus koiraeläinten hengissäpysymiseen, mutta päinvastaista ilmiöitä ei ollut havaittavissa.

Tästä on päätelty, että muinaiset kissat olivat koiria tehokkaampia saalistajia, ja siksi monet Pohjois-Amerikan koirat kuolivat sukupuuttoon.

Tutkimuksesta kerrottiin Göteborgin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -tiedelehdessä.

Kuva: Indiana State Museum

Kullan tuhlaustako?

Markus Hotakainen

Mitä tapahtuu, kun kulta-atomit törmäävät toisiinsa lähes valon nopeudella? Syntyy plasmaa, joka muistuttaa maailmankaikkeuden alkuhetkien hiukkaspuuroa.

Raskaiden atomien nokkakolaroidessa hyvin suurella nopeudella aine hajoaa osasikseen ja hetken aikaa joka suuntaan sinkoaa hiukkasia, jotka pian pirstoutuvat edelleen uusiksi hiukkasiksi.

Rekisteröimällä lukemattomia törmäyksiä ja niissä syntyneiden hiukkasten ominaisuuksia tutkijat pääsevät tunkeutumaan yhä syvemmälle niin aineen kuin universuminkin salaisuuksiin.

Hiukkaskosmologia on tieteenala, joka yhdistää kaikkein pienimmän kaikkein suurimpaan: aineen perusosaset koko kosmokseen.

"Kartta" kultatörmäyksestä on tuotettu Solenoidal Tracker eli STAR-ilmaisimella Brookhavenin kansallisen laboratorion RHIC-kiihdyttimessä (Relativistic Heavy Ion Collider). 

Kuva: Brookhaven National Laboratory

 

Mittatilausmagneetteja molekyylikikkailulla

Markus Hotakainen

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet tekemään magneettiseksi metalleja, jotka eivät ole sellaisia luonnostaan. Itse asiassa normaalilämpötiloissa ferromagneettisia aineita – jotka magnetoituvat helposti ja myös säilyttävät magneettisuutensa, vaikka eivät olisikaan magneettikentässä – on vain kolme: rauta, koboltti ja nikkeli.

"Magneettisten aineiden suppea valikoima rajoittaa mahdollisuuksiamme kehittää erilaisissa sovelluksissa tarvittavia magneettisia järjestelmiä ilman hyvin harvinaisten tai myrkyllisten materiaalien käyttöä. Laitteiden rakentaminen kolmen luonnostaan magneettisen aineen avulla muistuttaa pilvenpiirtäjän pystyttämistä kankiraudasta. Miksi emme lisäisi vähän hiiltä, jolloin saamme terästä?" pohtii Leedsin yliopiston tutkijaryhmään kuulunut Tim Moorsom.

Aineen magneettisuuden määrittelee niin sanottu Stonerin kriteeri. Leedsin yliopistossa on kehitetty menetelmä, jolla tätä matemaattista lauseketta voidaan muokata siten, että aineesta tulee magneettinen. Se edellyttää aineessa esiintyvien kvanttivuorovaikutusten muuttamista.

"Magnetismin aikaansaaminen aineissa, jotka eivät luonnostaan ole magneettisia, avaa uusia mahdollisuuksia kehittää laitteita, joissa käytetään yleisiä ja vaarattomia aineita kuten hiiltä ja kuparia", lupailee tutkijaryhmään niin ikään kuulunut Fatma Al Ma’Mari.

"Tulevaisuuden tekniikka, esimerkiksi kvanttitietokoneet, vaativat uudenlaisia magneetteja, joilla on erityisominaisuuksia, jotta tallennus- ja tietojenkäsittelykapasiteetin kasvattaminen käy mahdolliseksi. Tutkimuksemme on askel kohti 'magneettisia metamateriaaleja', jotka täyttävät nämä vaatimukset."

Leedsin yliopistossa 1960-luvulle saakka työskennelleen professori Edmund Clifton Stonerin kehittämä kriteeri tarkastelee elektronien jakaumaa atomissa ja niiden välisen vuorovaikutuksen voimakkuutta. Sen mukaan ferromagneettisissa aineissa eri energiatiloissa olevien elektronien määrä noudattaa tiettyä säännönmukaisuutta.

Leedsin yliopiston tutkijat onnistuivat muokkaamaan elektronien jakaumaa siten, että aine muuttuu magneettiseksi. Temppu tehdään C60- eli pallohiilellä, jolla haluttu aine pinnoitetaan ohuelti. Elektronien siirtyminen metallista pallomaiseen hiilimolekyyliin saa aikaan Stonerin kriteerin täyttymisen ja aine muuttuu magneettiseksi.

"Jo aiemmin oli todettu, että molekyylipinnoitteella voidaan muuttaa magneettien ominaisuuksia. Seuraavaksi halusimme kokeilla, josko molekyyleillä voitaisiin myös muuttaa ei-magneettisia metalleja magneettisiksi", tutkimusta johtanut Oscar Cespedes yksinkertaistaa. 

Tutkimus osoittaa, että menetelmä toimii, mutta seuraavaksi tavoitteena on tehdä magneeteista voimakkaampia. "Tällä hetkellä näitä magneetteja ei saisi pysymään jääkaapissa. Uskomme kuitenkin, että soveltamalla tekniikkaa oikeanlaiseen alkuaineiden yhdistelmään saadaan kehitettyä uudenlaisia mittatilausmagneetteja, joita voidaan käyttää sekä nykyisissä että tulevissa teknisissä sovelluksissa", Cespedes toteaa toiveikkaana.

Läpimurrosta kerrottiin Leedsin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus julkaistiin Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: University of Leeds

Aine, joka ei pala tulessakaan

Markus Hotakainen

Todellisuudessa hafnium-typpi-hiili-yhdisteen sulattamiseen tarvitaan huikean paljon korkeampi lämpötila kuin tavallisella tulella saadaan aikaan. Tai tarvittaisiin, sillä tällaista ainetta ei ole olemassakaan.

Tätä mielikuvitusainetta on toistaiseksi kehitetty vain supertietokoneiden uumenissa. Axel van de Walle ja Qijun Hong ovat mallintaneet yhdistettä, joka tunnetaan nimellä HfN0.38C0.51. He totesivat, että sen sulamispiste on korkeampi kuin yhdelläkään tunnetulla tai teoreettisella aineella.

Kestävä yhdiste sulaa laskelmien mukaan vasta noin 4 130 celsiusasteen lämpötilassa. Mallinnuksessa tutkijat säätivät hafniumin, hiilen ja typen suhteellisia runsauksia yhdisteessä. Tietyillä määrillä sulamispiste nousi laskennallisesti noin 200 astetta korkeammaksi kuin hafniumin, tantaalin ja hiilen yhdisteellä, jolla on korkein kokeellisesti todettu sulamispiste.

"Laskennallisella tutkimuksella on se etu, että voimme kokeilla monia erilaisia yhdistelmiä hyvin edullisesti ja etsiä sellaisia, joita kannattaa testata laboratoriossa", toteaa van de Walle. 

Tutkijat sovelsivat menetelmää, jossa sulamispiste määritetään simuloimalla fysikaalisia prosesseja atomitasolla. Laskennallisesti sulamista tarkastellaan nanoskaalassa eli noin sadan atomin kokoisissa ”kappaleissa”. Silloin joudutaan tekemisiin kvanttimekaanisten ilmiöiden kanssa.

"Aineen sulaessa entropia kasvaa, kun olomuoto muuttuu. Jos kiinteän olomuodon entropia on jo valmiiksi suuri, se vakauttaa ainetta ja nostaa sen sulamispistettä", van de Walle selittää.

Tutkijoiden seuraavana tavoitteena on valmistaa ainetta ja tutkia kokeellisesti sen ominaisuuksia. van de Wallen mukaan toistaiseksi on kuitenkin epävarmaa, onko aineelle mitään hyödyllistä käyttöä. Sitä voitaisiin kenties käyttää esimerkiksi kaasuturbiinien lapojen pinnoittamiseen.

"Sulamispiste ei ole aineen ainoa tärkeä piirre. Lisäksi on tarkasteltava esimerkiksi mekaanisia ominaisuuksia ja hapettumisen sietokykyä. Niiden takia yhdisteeseen on ehkä lisättävä aineita, jotka alentavat sen sulamispistettä", arvioi van de Walle.

Tutkimuksesta kerrottiin Brownin yliopiston uutissivuilla ja se ilmestyi Physical Review B -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: van de Walle lab/Brown University

 

 

Ilmastonmuutos tappoi mammutit

Mammutteja
Mammutteja
Markus Hotakainen

Viimeisimmän jääkauden aikana ei ollut koko ajan hyytävän kylmä. Laajojen jäätiköitymisten väliset lämpimämmät jaksot eli interstadiaalit ovat osoittautuneet merkittäväksi tekijäksi suurten eläinlajien katoamisen kannalta.

"Nopealla lämpenemisellä oli suuri vaikutus ilmastoon ja se aiheutti merkittäviä muutoksia sateiden globaalissa jakaumassa ja kasvillisuusvyöhykkeissä", toteaa professori Alan Cooper Adelaiden yliopistosta.

Jo aiemmin oli havaittu DNA-tutkimusten perusteella, että kookkaiden eläinlajien joukossa kävi viimeisimmän jääkauden aikana kato. Alkuun vaikutti siltä, että sukupuuttoaalto johtui kylmyydestä.

Kun ikivanhoja DNA-näytteitä saatiin lisää museoiden kokoelmista ja samalla hiiliajoitus sekä tiedot muinaisista lämpötiloista tarkentuivat, kääntyivät käsitykset päälaelleen. Alkoi näyttää ilmeiseltä, että viimeisimmän jäätiköitymisvaiheen aikaiset sukupuutot johtuivat nopeasta lämpenemisestä.

Se selittää myös mammutin ja jättiläislaiskiaisen katoamisen noin 11 000 vuotta sitten, kun jääkausi alkoi jo hellittää otettaan. Ihminen ei kuitenkaan ole täysin syytön

"Pikainen ilmaston lämpeneminen aiheutti ympäristössä mittavia muutoksia, joka sai aikaan lajien vähenemiseen johtavan kehityksen, mutta ihminen antoi lopullisen kuoliniskun populaatioille, jotka olivat jo valmiiksi ankaran paineen alaisina", summaa professori Chris Turney Uuden Etelä-Walesin yliopistosta.

"Kun nykyisen maailmanlaajuisen lämpenemisen aiheuttamien muutosten lisäksi otetaan huomioon ihmisen aiheuttamat paineet pirstoutuvalle ympäristölle, herättää se vakavaa huolta tulevaisuudesta", sanoo Cooper.

Tutkimuksesta kerrottiin Adelaiden yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Adelaiden yliopisto

Sivutus

  • Edellinen sivu ‹‹
  • Sivu 24
  • Seuraava sivu ››
Tilaa aihepiirin Tiede RSS-syöte

AIHEALUEET

Avaruus ja ilmailu
Tiede ja tekniikka
Luonto ja ympäristö
Lääketiede ja terveys
Ihmiset ja paikat
Kirjat, elokuvat ja taide

ERIKOISTA

Tiedekiinnostavuuskartta
Jutturuletti
Suorana labrasta
eTuubi
Videot

TIEDETUUBI

Tiedetuubin esittely
Toimitus
Tiedetuubi ja tekoäly
Yhteistyökumppanit
Mediakortti
Information in English

Copyright © 2012-2026 Tiedetuubi - All rights reserved