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

Täsmäyhdiste Turusta iskee aggressiiviseen eturauhassyöpään

Pim-kinaasinäyte
Pim-kinaasinäyte
Jari Mäkinen

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
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

Markus Hotakainen

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.

 

Einstein pelastaa Schrödingerin kissan

Markus Hotakainen

Kvanttiteorian kuvaaman mikromaailman kummallisia ilmiöitä on usein havainnollistettu Schrödingerin kissan karulla kohtalolla. Tunnetussa ajatuskokeessa kissa on suljetussa laatikossa, jossa on potentiaalisesti tappava laitteisto. 

Radioaktiivisen ytimen hajoaminen vapauttaa myrkyn, jolloin kissa kuolee. Ellei hajoamista tapahdu, kissa pysyy hengissä. Vasta kun laatikko avataan, saadaan selville, miten kissan on käynyt.

Ytimen hajoaminen tapahtuu 50 prosentin todennäköisyydellä, joten kvanttimekaniikan tulkinnan mukaan kissa on samanaikaisesti sekä elossa että kuollut. 

Paitsi että Erwin Schrödinger ei tarkoittanut sitä, vaan käytti ajatuskoetta kuvaamaan kvanttiteorian puutteita: se ei pysty kuvaamaan makromaailman ilmiöitä. 

Wienin, Harvardin ja Queenslandin yliopistojen tutkijat ovat nyt tulleet siihen tulokseen, että Albert Einsteinin pian satavuotias yleinen suhteellisuusteoria pelastaa kissan epätietoisuudelta ja mahdollisesti kivuliaalta kuolemalta.

Suhteellisuusteorian mukaan gravitaatio saa ajan hidastumaan samaan tapaan kuin huima nopeus. Ilmiö on hyvin vähäinen, mutta silti todellinen ja havainnoilla varmistettu. 

Esimerkiksi toimistokompleksin pohjakerroksessa työskentelevät vanhenevat vuodessa 10 nanosekuntia vähemmän kuin kerrosta ylempänä uurastavat. Vaikka työuria pidennettäisiin kuinka paljon, verotettavaa hyötyä siitä ei kuitenkaan ehdi kertyä.

Uuden tutkimuksen mukaan tämä gravitaatiodilataatioksi kutsuttu ilmiö voi selittää myös siirtymän kvanttimaailman kummallisuuksista arkipäivän tuttuihin ilmiöihin. 

Palataan kissaan. Kvanttimekaanisen tulkinnan mukaan se on periaatteessa kahden tilan superpositiossa. Käytännössä niin ei kuitenkaan ole. Huolimatta siitä, että radioaktiivisen ytimen hajoaminen noudattaa kvanttimekaniikan sääntöjä, jokin tekee ne merkityksettömiksi kissan kokoluokassa. Kissa on joko kuollut tai elävä.  

Makromaailman mittakaavassa keskeinen tekijä on lukemattomien hiukkasten vaikutus toisiinsa. Niitä ei voi enää tarkastella yksittäisinä aaltofunktioina, joita ne kvanttiteorian mukaan ovat. Tutkijoiden mukaan toinen tekijä on Einsteinin teorian mukainen gravitaatiodilataatio. 

Kun yksittäiset hiukkaset muodostavat isompia kappaleita, Maan vetovoima hillitsee niiden kvanttikäytöstä. Hiukkaset ovat teoriassa samanaikaisesti monessa eri paikassa, mutta mitä voimakkaammassa vetovoimakentässä ne ovat, sitä hitaampaa hötkyily on. 

Laskelmien mukaan gravitaatio tuhoaa hiukkasten superposition, jolloin havaitsemamme kappaleet käyttäytyvät havaitsemallamme "normaalilla" tavalla. 

"On aika yllättävää, että gravitaatiolla on oma roolinsa myös kvanttimekaniikassa", hämmästelee tutkijaryhmää johtanut Igor Pikovski. "Gravitaatiota tutkitaan yleensä tähtitieteellisissä mittakaavoissa, mutta näyttää siltä, että se vaikuttaa myös kaikkein pienimpien hiukkasten kvanttiluonteeseen täällä maanpinnalla."

Toistaiseksi tulokset ovat puhtaasti teoreettisia, mutta tutkijoiden mukaan ilmiön pitäisi olla havaittavissa lähitulevaisuudessa tehtävissä kokeissa. Silloin ollaan ehkä askelta lähempänä kvanttiteorian ja suhteellisuusteorian yhdistämistä, joka on ollut jo pitkään tutkijoiden haaveena.

Kvanttikissan pelastumisesta kerrottiin Wienin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Nature Physics -tiedelehdessä. 

Kuva: Igor Pikovski/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysic

 

Yön valaisevat pilvet

Markus Hotakainen

Kesä on lomakautta myös tähtiharrastajille. Öisellä taivaalla näkyy eteläisessäkin Suomessa vain muutama tähti eikä Aurinko laske Suomen pohjoisosissa lainkaan. Silti taivaalle kannattaa tähyillä, sillä tarjolla on jotain sellaista, mitä ei muulloin voi nähdä: valaisevia yöpilviä.

Toisin kuin tavalliset ala-, keski- ja yläpilvet, jotka helposti pilaavat aurinkoisena alkaneen kesäpäivän, valaisevista yöpilvistä ei ole haittaa sen kummemmin päivällä kuin yölläkään. 

Toisaalta niiden esiintymistä on mahdoton ennustaa: siksi silmät kannattaa pitää auki tunti tai pari auringonlaskun jälkeen. Pohjoisen suunnalla saattaa näkyä vaaleita haituvia, jotka muistuttavat tavallisia yläpilviä, mutta ovat paljon niitä korkeammalla.

Pohjoiset leveysasteet ovat erityisen otollisia valaisevien yöpilvien näkymisen kannalta. Ensinnäkin niitä esiintyy käytännössä pelkästään meikäläisen kesän aikana, eniten kesä–heinäkuussa. Silloin olosuhteet ovat mesopaussissa eli noin 80 kilometrin korkeudella sopivat yöpilvien muodostumiselle.

Valaisevat yöpilvet ovat valaisevia, koska ne ovat muodostuneet jääpeitteisistä pölyhiukkasista. Kesäaikaan pilvien syntykorkeudella lämpötila laskee alle 120 pakkasasteen. Silloin yläilmakehän vähäinen kosteus voi tiivistyä pölyhiukkasten pinnalle kimmeltäväksi kuuraksi, joka heijastaa hyvin auringonvaloa.

Siitä päästäänkin toiseen syyhyn, miksi kesäaika on valaisevien yöpilvien näkymisen kannalta sopiva. Aurinko on silloin "pimeän" eli käytännössä hämärän aikaan melkein koko yön sellaisella korkeudella, että se paistaa yöpilviin, vaikka maanpinnalla valoa on vain vähän.

Kun Aurinko on alle 4–6 astetta horisontin alapuolella, taivas on vielä liian vaalea, jotta yöpilviä näkyisi, ja toisaalta kun Aurinko on yli 16 astetta horisontin alapuolella, ei se enää valaise yöpilviä. 

Vaikka valaisevien yöpilvien keskimääräinen esiintymiskorkeus on 82 kilometriä, niitä voi esiintyä jo 75 kilometrissä, mutta toisaalta jopa 90 kilometrissä. Jääpeitteisten pölyhiukkasten muodostamat pilvilautat voivat olla hyvin suuria, yli miljoona neliökilometriä eli kolme kertaa Suomen pinta-alan verran.

Ensimmäisen kerran yöpilvien näkymisestä raportoitiin vuonna 1885, pari vuotta Krakataun räjähdyksen jälkeen. Se antoi osviittaa, mistä on kyse. Osa ilmakehän yläosissa leijuvasta pölystä on peräisin suurista tulivuorenpurkauksista, osa Maan ilmakehään syöksyvistä avaruuden kivensiruista ja -murikoista.

Parhaimmillaan kymmenien kilometrien sekuntinopeudella kulkevat meteoroidit alkavat höyrystyä ilman kitkan kuumentamina noin sadan kilometrin korkeudessa ja jokseenkin yöpilvien esiintymiskorkeudella ne höyrystyvät ja hajoavat tulisena tähdenlentona eli meteorina. 

 

 

Viime vuosina valaisevia yöpilviä on näkynyt tavallista enemmän, mikä tutkijoiden mukaan saattaa olla seurausta ilmastonmuutoksesta. Se vaikuttaa alailmakehän lisäksi myös ylempien kerrosten olosuhteisiin, mikä näkyy esimerkiksi juuri valaisevien yöpilvien kannalta suotuisten olosuhteiden yleistymisenä.

Otsikkokuva on otettu Skotlannissa, missä valaisevia yöpilviä näkyy hieman harvemmin kuin Pohjoismaissa. Yllä oleva kuva on puolestaan napattu Kansainväliseltä avaruusasemalta, josta katsottuna yöpilvet jäävät Maata kiertävän rakennuskompleksin alapuolelle.

Kuvat: Markus Hotakainen ja NASA.

Aivojen arkistot avautuvat

Markus Hotakainen

Carnegie Mellon -yliopiston tutkijat ovat onnistuneet ensimmäisen kerran tarkkaan määrittämään, mihin aivojen alueisiin ja miten uusi tieto tallentuu. Erityyppiset tiedot arkistoituvat aivojen eri osiin, mutta ne ovat samat kaikille. 

Tutkimuksessa tarkkailtiin 16 koehenkilön aivoja toiminnallisella magneettikuvauksella (fMRI, functional magnetic resonance imaging), kun heille opetettiin uusia asioita kahdeksasta sukupuuttoon kuolleesta eläimestä.

Kutakin eläintä koskevat tiedot niiden käyttämästä ravinnosta ja asuinpaikoista tallentuivat aivojen "syömis-" (kuvan vihreät alueet) ja "asumis"-alueille (siniset ja punaiset). Ne aktivoituivat sen mukaan, kummasta asiasta uutta tietoa oli tarjolla. 

Jokainen eläin sai aivoissa lisäksi oman "tunnisteensa". Sen perusteella pystyttiin myöhemmin tunnistamaan, mitä eläintä koehenkilöt kulloinkin ajattelivat. Eläimillä, joilla oli samanlaisia ominaisuuksia esimerkiksi ravinnon suhteen, saivat kuitenkin samankaltaiset tunnisteet. Ne eivät siis ole sattumanvaraisia muistilappuja, vaan sisältävät jo itsessään informaatiota tallentuneesta tiedosta.

Tutkimuksessa paljastui myös, että eläimen ominaisuuksia koskevat "tallenteet" säilyivät aivoissa ennallaan, vaikka koehenkilöille kerrottiin myös muista eläinten piirteistä. "Aina kun opimme jotain, aivomme muuttuvat peruuttamattomasti systemaattisella tavalla", toteaa tutkimusta johtanut Andrew Bauer.

Kaukaisena käytännön sovelluksena tutkijat näkevät mahdollisuuden tarkastella myös paljon monimutkaisempien käsitteiden ja asioiden tallentumista aivoihin. Siten voidaan huomata, jos osa informaatiosta tallentuu "väärin" eli sitä ei ymmärretä. Silloin opetusmenetelmiä on mahdollista kehittää paremmiksi ja tehokkaammiksi.

Uusi tutkimus antaa tietoa paitsi asioiden tallentumisesta aivoihin, myös niiden unohtamisesta. Esimerkiksi Alzheimerin tauti aiheuttaa aivoissa muutoksia, jotka saattavat olla käänteisiä nyt havaitulle oppimisprosessille: vähitellen yhä useammat asiat katoavat aivojen arkistosta.

Tutkimuksesta kerrottiin EurekAlert!-sivustolla ja se julkaistiin Human Brain Mapping -tiedelehdessä (maksullinen) 2. kesäkuuta.

Kuva: Carnegie Mellon University

 

Tamperelaistutkijat paljastivat Madonnan rumpalin tieteellisen salaisuuden

Toimitus

Tampereen teknillisen yliopiston ja Harvardin yliopiston tutkijat ovat heittäytyneet mielenkiitoiseen aiheeseen: miksi joillakin rumpaleilla on oma tietty tyylinsä, selvästi tunnistettava "groove"?

Vastauksia esiteltiin askettäin PLOS ONE -julkaisusarjassa olleessa artikkelissa, joka syntyi TTY:n (Tampereen teknillisen yliopiston) ja Harvardin yliopiston tutkijoiden analysoitua rumpali Jeff Porcaron (ei kuvassa) soittoa millisekunnin tarkkuudella.

Jeff Porcaro oli kenties maailman kuuluisin groove-rumpali. Hän oli TOTO-yhtyeen perustajajäsen ja soitti lukuisten popin, rockin, ja jazzin supertähtien kuten Michael Jacksonin, Madonnan, Bruce Springsteenin, Pink Floydin, Dire Straitsin ja Herbie Hancockin levyillä. Tämä tuottelias rumpari kuoli vuonna 1992 vain 38-vuotiaana.

Tutkimuksessa haluttiin selvittää yksityiskohtaisesti musiikin ja erityisesti rumpujen soiton ajoituksen ja dynamiikan vaihtelua tasaisen konemaiseen rytmiin nähden. Vaihteluiden rakenne antaa tietoa hermoston ja motoriikan toiminnasta. Lisäksi se valottaa niin sanotun svengin tai grooven taustatekijöitä ja miten rumpali toimii sen aikaansaamiseksi sekä tietoisesti että tiedostamatta. 

Asia on kiinnostava paitsi ihan sinällään, niin myös matemaattisesti ja siitä on apua useiden rymiä käyttävien laitteiden kehittämisessä. Tällaisia ovat esimerkiksi  uuden sukupolven inhimillisesti toimivat rumpukoneet.

Rummutus on fraktaalista

"Monilla ihmisen biosignaaleilla ja rytmisillä toiminnoilla kuten sydämen sykkeellä, askelluksella ja taputuksella on aiemmin havaittu fraktaalinen rakenne, kun tarkastellaan poikkeamia täysin tasaiseen rytmiin nähden", kertoo professori Esa Räsänen TTY:n fysiikan laitokselta. 

"Tällöin poikkeamien muodostama sarja näyttää samankaltaiselta sekä pienissä että isoissa mittakaavoissa. Luonnossa ilmiö on nähtävissä esimerkiksi kukkakaalin tai saniaisen lehden rakenteessa."

Räsäsen mukaan aiemmissa laboratoriokokeissa on havaittu, että fraktaalisesti käyttäytyvät poikkeamat rytmin intervalleissa eli iskujen välisissä ajoissa saavat musiikin kuulostamaan luonnollisemmalta. 

"Poikkeamien esiintymistä ei kuitenkaan ole aiemmin tutkittu äänitetyssä musiikissa, vaikka fraktaalisuus yhdistettynä musikaaliseen tulkinnan tuomaan vaihteluun saattaa olla oleellinen tekijä grooven taustalla."

Tutkimuksessa tarkasteltiin erityisesti Jeff Porcaron 16-osanuoteille soittamiaan hi-hat-iskuja Michael McDonaldin kappaleessa I Keep Forgettin' (video jutun lopussa) vuodelta 1982. Kyseinen kappale on tunnettu näyte Porcaron maineikkaasta yhden käden hi-hat-tekniikasta.

Myös menetelmien kannalta kappale on oivallinen tutkimusesimerkki: hi-hat-iskujen ajat ja voimakkuudet ovat erotettavissa erittäin suurella tarkkuudella ja toisaalta datamäärä on riittävän suuri tarkkaa aikasarja-analyysiä varten. Datan erottelu suoritettiin TTY:n signaalikäsittelyn laitoksella ja analyysi fysiikan laitoksella. Tutkijat löysivät fraktaalisen rakenteen sekä Porcaron hi-hat-intervallien että iskujen voimakkuuden vaihtelusta. 

"Fraktaalisuus tulee esiin pitkillä, yli kahden tahdin aikaskaaloilla", selittää Räsänen. 

"On huomattava, että kyseessä on erittäin hienovarainen ilmiö: intervallien keskihajonta on vain noin yhdeksän millisekuntia eli soitto on äärimmäisen tarkkaa. Rumpali ei siis tietoisesti luo soittoonsa fraktaalisuutta, vaan vaihteluiden rakenne on luonnollinen seuraus hermojärjestelmän toiminnasta. Joka tapauksessa sekä aiemman tutkimuksen että subjektiivisen tarkastelun perusteella fraktaalinen vaihtelu vaikuttaa positiivisesti kuuntelukokemukseen".

Lyhyillä, yhden tai kahden tahdin skaaloilla fraktaalisuutta ei näy mutta toisaalta musikaalinen tulkinta korostuu. Esimerkiksi hi-hat-iskujen voimakkuudesta on erotettavissa kahden tahdin pituinen, kappaleen fraasia seuraava toistuva kuvio. Kahden käden hi-hat-soittotekniikalla tällainen kuvio olisi lähes mahdoton toteuttaa. Porcaro on itsekin opetusvideossaan korostanut yhden käden tekniikan tärkeyttä kyseisessä kappaleessa: "it (two-handed method) sounded just too stiff and staccato for me". 

Tutkimus avaa uusia mahdollisuuksia rumpukoneiden kehittämiseen. Jo aiemmin on tiedetty, että ihmisrumpali voittaa soiton luonnollisuudessa rumpukoneen. Tämän vuoksi koneisiin on lisätty satunnaisuutta lisääviä algoritmeja. Niissä ei kuitenkaan ole otettu vaihteluiden inhimillistä erityispiirrettä eli fraktaalisuutta lainkaan huomioon. Myöskään iskujen voimakkuutta ei ole rumpukoneissa muunneltu riittävän monipuolisesti.

Tutkimus herättää useita uusia tutkimusongelmia ratkottaviksi: Millaisia eroja eri rumpaleiden "fraktaalisuuden" välillä on? Miten soittotekniikka tai musiikin tyylilaji vaikuttavat? Ja mikä on musikaalisen kommunikaation eli yhteissoiton merkitys?

Näitä kysymyksiä on jo osin selvitetty, ja työ jatkuu aktiivisesti mm. tämän tutkimuksen tekijöiden voimin. Tutkijoilla on siis edessään jännittäviä musiikkituokioita...joihin suhtautudutaan luonnollisesti täysin matemaattisesti.

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.

Kuva: Flickr / Blues Association of Geneva

Tiedetuubi Koreassa: tuoreet tiedot MERS-tilanteesta

Jari Mäkinen

Maailman tiedetoimittajat kokoontuvat parhaillaan Soulissa lääketieteellisesti kiinnostavassa ilmapiirissä: MERS-virus on levinnyt Etelä-Koreassa pieneksi epidemiaksi ja nostanut ilmaan pelon uudesta, vaarallisesta kulkutaudista.

Niinpä kadulla kävellessäkin jokainen köhähdys ja niistäminen saa aikaan säpsähdyksen, ja eteen tulevat kasvomaskeihin pukeutuneet ihmiset saavat ihon nousemaan kananlihalle. Aasiassa kasvomaskien pitäminen on nykyisin paitsi muiden suojaamista omalta köhltä, niin myös muoti-ilmiö, mutta tässä tilanteessa se voi tuntua hieman uhkaavaltakin.

Tänään aamulla paikallista aikaa konferenssissa pidetty tiedotustilaisuus aiheesta tosin helpotti pelkoja, sillä tilanne ainakin tuntuu olevan korealaisten hallinnassa, eikä virus ole kovin herkästi tarttuva.

“Virus näyttää olevan tarttuva vain silloin, kun sen kantaja on hyvin sairas ja on sellaisessa kunnossa, että hän on sairaalassa”, sanoi tilanteen perinpohjaisesti tunteva Kim Sung-Han, Asanin lääketieteellisen keskuksen tarttuvien tautien osaston apulaisprofessori.

“Mutta tilanne on kuitenkin se, että emme tunne MERS-virusta ja sen leviämistä vielä kovin hyvin. Tiedossamme olevat tapaukset ovat kuitenkin olleet vain sairaalaympäristöissä, ja on hyvin epätodennäköistä, että MERS-virus leviäisi vastaisuudessakaan kadulla tai julkisissa paikoissa.”

Kim Sung-Han selittää, miten MERS-tapaukset ovat levinneet.

Tilanne nyt

Maanantaina julkistettujen tilastojen mukaan MERS-tapauksia on 87 ja ne ovat 24 sairaalassa. Kuusi henkilöä on kuollut.

Tilanne alkoi siten, että useissa Lähi-idän maissa vieraillut viruksen tartuttama potilas tuli sairaalan vastaanotolle Pyeongtaekin kaupungissa noin 60 km etelään Soulista. Hän ei kertonut olleensa Lähi-idässä, eikä sairaalan henkilökunta osannut suhtautua häneen normaalitapausta vaarallisempana potilaana. 

Hänen tilansa paheni myöhemmin ja hänet kuljetettiin Soulissa sijaitsevaan Samsungin lääketieteelliseen keskukseen, missä hänen sairautensa todettiin pian MERS-viruksesta johtuvaksi. Hänet ja hänen kanssaan lähikosketuksessa olleet henkilöt asetettiin karanteeniin.

Samalla muita, heidän kanssaan samoissa tiloissa olleita henkilöitä kartoitettiin ja asetettiin myös karanteeniin. Alkuperäisestä St. Maryn sairaalasta paljastui 35 tartunnan saanutta henkilöä, ja 17 tapausta Samsungin sairaalasta.

Nyt, kun sairaaloissa osataan varautua mahdollisiin uusiin tautitapauksiin vakavasti ja suurin osa tähän saakka tartunnan saaneista on karanteenissa, on taudin leviäminen hidastunut olennaisesti. Kaikkiaan yli 2300 henkilöä on parhaillaan karanteenissa.

Hong Kee-Jong, Korean Pasteur-instituutin johtaja, olettaa epidemian olevan ohitse parin viikon kuluessa.

Puhtaasti numeroita katsottaessa MERS on vaikuttanut hälyttävältä, mutta siihen on muutamia syitä. Ensinnäkin karanteeniin on asetettu turvallisuussyistä varsin runsaasti ihmisiä, kenties liikaakin. Toiseksi MERSin suhteellisen suuri kuolleisuus (30-40%) on johtunut pääasiassa siitä, että koska se on levinnyt ennen kaikkea sairaaloissa, on siihen sairastuneilla ollut yleensä joitain muitakin sairauksia. Sairastuneiden, pääasiassa terveiden sairaanhoitotyöntekijöiden kuolleisuus on ollut “vain” alle 5%.

MERS-virus muistuttaa hieman SARS-virusta, mutta on myös monessa suhteessa erilainen.

Mistä virus on peräisin?

MERS, eli Lähi-idän vakava keuhkotieoireyhtymä (Middle East Respiratory Syndrome) on koronaviruksen aiheuttava influenssa, eli hengityselinten virussairaus.

Ensimmäiset tapaukset havaittiin vuonna 2012 Lähi-idässä, mistä tauti sai myös nimensä. Suurin osa sairastuneista oli Saudi Arabiassa, mutta sittemmin tapauksia on löytynyt 20 maasta, joista suurin osa on Lähi-iässä Arabian niemimaalla ja sen ympäristössä. 

Yksittäisiä tapauksia on ollut muuallakin, mutta yleensä kyse on ollut Lähi-idästä saapuneista henkilöistä, joilla sairaus on puhjennut vasta muualla. Tähän tapaan alkoi myös nyt puhjennut uusi epidemia Etelä-Koreassa.

Kee-Jongin mukaan viruksen todennäköinen alkuperä on lepakoissa, jotka ovat purreet kameleita. Kamelit ovat tulleet sairaiksi ja tartuttaneet edelleen ihmisiä. Lisäksi virus on tarttunut sikoihin.

Hän olettaa, että epidemia on puhjennut nyt siksi, että talvella syntyneet kamelivarsat ovat saaneet tartuntoja kevään aikana samaan tapaan kuin ihmisetkin saavat influenssatartuntoja talven ja kevään viileydessä. Keväällä huipussaan ollut kamelien influenssakausi sai taudin välittymään myös ihmiseen.

Kesän myötä sää on muuttunut lämpimämmäksi, eikä virus elä ja välity enää niin hyvin kuin keväällä. Tämä saa osaltaan epidemian hiipumaan – niin kameleilla kuin ihmisilläkin.

Vaikka nyt Korean epidemia on hiipumassa ja tilanteesta päästiin pelkällä säikähdyksellä, ei virusta kuitenkaan tunneta hyvin ja aina on olemassa vaara, että se muuttuisi hankalammaksi.

Tästä ei toistaiseksi ole merkkejä.

Tutkijat kadottivat kitkan

Markus Hotakainen

Jokainen talvikelissä liukastellut tietää, mikä merkitys on kitkalla ja etenkin sen puutteella. Toisaalta kitkasta on myös riesaa, kun esimerkiksi moottoreiden osat kuluvat käytössä.

Aina kun kaksi pintaa joutuu toistensa kanssa kosketuksiin, niiden välillä on kitkaa. Tai ei ihan aina: joissakin tapauksissa esiintyy ilmiö, jota nimitetään "supraliukuvuudeksi" (superlubricity). 

Silloin kitka katoaa kokonaan ja pinnat liukuvat toistensa suhteen vailla minkäänlaista vastusta – samaan tapaan kuin suprajohtavuudessa sähkö kulkee vastuksetta.

MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) tutkijat ovat nyt kehittäneet menetelmän, jolla kitkaa voidaan hallita nanotasolla. Säätelemällä yksittäisten atomien keskinäistä asemaa voidaan kitkan suuruutta muuttaa jopa siihen pisteeseen, että se häviää tyystin.

Vladan Vuleticin johdolla tehdyllä tutkimuksella on suuri merkitys erityisesti nanoteknologiassa, missä "koneita" rakennetaan molekyylien kokoisista osista. Nanomittakaavassa kitka kuluttaa rakenteita usein paljon nopeammin kuin meille tutussa makromaailmassa.

"Kitkan ymmärtäminen ja hallinta on tärkeää, sillä se on yksi nanokoneiden rakentamista rajoittava tekijä", Vuletic toteaa. "Meidän menetelmämme avulla pystytään tarkastelemaan siirtymää kitkasta supraliukuvuuteen ensimmäistä kertaa atomien tasolla."

Vuleticin ryhmä käytti simulaatiota, jolla mallinnettiin kahta toisiinsa kosketuksissa olevaa pintaa. Ensin luotiin kahdella vastakkaisella lasersäteellä optinen hila, jossa sähkömagneettiset kentät muodostavat säännöllisen "rakenteen".

Munakennoa muistuttavassa optisessa hilassa "kuopat" vastaavat sähköistä minimipotentiaalia, "kohoumat" puolestaan maksimia. Kun atomit liikkuvat tällaisessä kentässä, ne pyrkivät hakeutumaan mahdollisimman pieneen potentiaaliin eli kuoppiin.

Kitkan tutkimiseksi tutkijat tarvitsivat myös toisen pinnan, jonka muodosti ionikide, varauksellisista atomeista koostuva "verkko". Harvinaisiin maametalleihin kuuluvaa ytterbiumia kuumennettiin ensin, sitten sen atomeihin kohdistettiin valo, jolloin ne ionisoituivat, ja lopuksi syntyneet ionit jäähdytettiin laserin avulla lähelle absoluuttista nollapistettä, -273 celsiusastetta. 

Sen jälkeen ionit eli varaukselliset atomit järjestettiin sähköjännitteen avulla. Samanmerkkiset ionit hylkivät toisiaan, jolloin ne muodostavat säännöllisen kiteen. Sen kokoa – eli sähköisesti varattujen atomien välistä etäisyyttä – ja liikettä voidaan säädellä saman sähköjännitteen avulla, jolla kide alkujaan muodostettiin.

Kun kidettä liikuteltiin optisen hilan suhteen, ionit pyrkivät hakeutumaan munakennoa muistuttavan kentän minimipotentiaaleihin. Kun ionien välinen etäisyys oli sama kuin kentän "kuoppien", kitka oli suurimmillaan: jokainen ioni oli yhtä aikaa omassa kuopassaan.

Jos kidettä yritettiin liikuttaa, ensin ei tapahtunut mitään, mutta kun voima kasvoi riittävän suureksi, se liikahti kertanykäyksellä, kuin mannerlaatat maanjäristyksessä. Kiteen ionit pomppasivat seuraaviin kuoppiin.

Kun ionien välistä etäisyyttä muutettiin, kitka pieneni. Osa ioneista osui edelleen kentän kuoppiin, mutta osa oli kohoumien kohdalla ja osa jossakin siltä väliltä. Silloin kide liikkuu helpommin optisen hilan suhteen, sillä kohoumien kohdalla olevat ionit pääsevät "valumaan" alaspäin ja tavallaan vetämään perässään alempana olevia ioneja ylöspäin.

Tietyllä ionien välisellä etäisyydellä kahden "pinnan" välinen kitka häviää kokonaan ja kide pääsee liikkumaan vastuksetta optisen hilan muodostamassa kentässä. Silloin saadaan aikaan supraliukuvuus, jolla odotetaan olevan hyödyllisiä sovelluksia nanotekniikan lisäksi myös makromaailmassa.

Tutkimus julkaistiin Science-tiedelehdessä (maksullinen) 4. kesäkuuta ja siitä kerrottiin MIT:n uutissivuilla.

Kuva: Christine Daniloff/MIT

 

Haluatko tietää kuoletko viiden vuoden kuluessa?

Jari Mäkinen

Usein ihmisten elinaikaodotuksia tutkitaan yksi asia kerrallaan, mutta The Lancetin julkaisemassa tutkimuksessa on otettu huomioon useita eri tekijöitä ja analysoitu niitä Iso-Britanniassa 498103:n biopankkiin näytteensä antaneen henkilön tapausten pohjalta.

Ruotsalaistutkijat Uppsalan yliopistosta ja Karoliinisesta instituutista ovat nyt tehneet aineiston perusteella laskurin, missä 40-70 -vuotiaat voivat analysoida riskiään kuolla viiden vuoden kuluessa ja laskea samalla mikä on heidän arvioitu elinikänsä. 

Vertailuaineistona laskurissa on tutkimuksessa tutkitut britit ja tulos lasketaan vertaamalla vastauksia samankaltaisten samaa sukupuolta olevien riskiprofiileihin.

Samankaltaisia laskureita on muitakin, ja muun muassa Suomessa suurta huomiota herätti vuonna 2008 YLEn Elämä Pelissä -ohjelman elämänaikalaskuri (missä kirjoittajalle povattiin 85 vuoden ikää), mutta niissä otetaan huomioon yleensä vain yleisimmät riskitekijät, kuten tupakointi, liikunta, lihavuus, alkoholin käyttö, harrastukset ja niin edelleen.

Tässä Ubble-laskuriksi nimetyssä testissä on sen sijaan huomioitu kaikkiaan 655 erilaista demografiaan, terveyteen ja elämäntyyliin liittyvää tekijää ja niistä on rakennettu tilastollinen malli. Sen perusteella tutkijat kehittivät luotettavuusindeksin, niin sanotun C-indeksin, joka kertoo miten paljon eri tekijät vaikuttavat arvioon: mitä suurempi C-indeksi on, sitä todennäköisemmin tekijä vaikuttaa testin suorittajan odotettavissa olevaan elinikään.

Linkki: Ubble-laskuri

Tutkijat ovat luonnollisesti testanneet testiään eri tapauksin ja tulokset ovat kiinnostavia

Yllättävintä tuloksissa oli se, että tekijöitä, jotka ennustavat parhaiten todennäköisyyttä kuolla viiden vuoden kuluessa eivät ole sellaiset, joita voisi mitata yksinkertaisesti lääkärintarkastuksessa.

Kaksi tärkeintä indikaattoria olivat vastaajien oma arvio omasta terveydentilastaan sekä kävelyvauhti. Kävelyvauhti näyttää olevan merkittävämpi terveyttä ilmaiseva indikaattori kuin esimerkiksi kehon massaindeksi.

Tutkijat kuitenkin huomauttavat, että aineisto ei edusta kattavasti koko Iso-Britannian väestöä, sillä biopankkiin näytteensä antaneet henkilöt ovat yleensä terveempiä ja aktiivisempia kuin väestö keskimäärin.

Myös viiden vuoden aika ei ole mitenkään tarkka tai tieteellisesti määritelty: se otettiin tutkimuksessa vain tarkasteluajanjaksoksi, eikä tulosten perusteella voi arvioida miltä tilanne näyttäisi esim. kymmenen vuoden aikana.

Laskuri ei myöskään huomioi kausaliteettia. Esimerkiksi hidas kävelyvauhti on merkki kohonneesta riskistä kuolla viiden vuoden aikana, mutta se, että henkilö kävelee nopeasti, ei johda automaattisesti siihen, että riski olisi pienempi. 

Yksi tekijä nousi vaarallisuudessaan kuitenkin selvästi ylitse muiden ja sillä oli suora yhteys suurempaan riskiin kuolla aikaisemmin. Se on tupakointi – ei mitenkään yllättäen.

Otsikkokuva: Flickr / Hans van der Berg

Sivutus

  • Edellinen sivu ‹‹
  • Sivu 26
  • 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