j1.gif - 2682 Bytes

IŠ VISO PASAULIO

Mokslo įvairovė

Puslapį pagal užsienio spaudą parengė dr. Vidimantas Kabelka

Mokslo pasaulis stebina savo įvairove. “Mokslo Lietuva” pasiryžusi
kartsykiais savo skaitytojams pateikti žiupsnį naujovių, atskleidžiančių
mokslo įdomybes ir svarbą, patvirtinančių, kokių įstabių mokslo
vertybių pasaulyje pasiseka sukurti.


Genijaus genai

Dabar tai atrodo kaip ištrauka iš fantastinio romano. Tačiau jau netolimoje ateityje dirbtinis genijų kūrimas gali tapti kasdienybe. Bandymų, atliktų su pelėmis, metu mokslininkams pavyko atskleisti atminties ir pažinimo procesų prigimties paslaptis. Manoma, kad tyrimų rezultatus galima pritaikyti ir žmonėms.

Žinoma, kad pelės paprastai turi labai trumpą atmintį. Uždarytos į narvelį su daiktais, kuriuos jos matė dar vakar, pelės tyrinėja juos taip, lyg matytų pirmą kartą. Joe Tscien iš JAV Princeton univesiteto atlieka bandymus su keliomis pelėmis, kurios panašiai kaip drambliai, pasižymintys puikia atmintimi, praėjus net penkioms dienoms atsimena ir skiria matytus daiktus. Šios iš pirmo žvilgsnio niekuo neišsiskiriančios savo išvaizda rudos pelės puikiai atskiria anksčiau matytą daiktą ir žino, kad tai nėra maistas ar priešas. J. Tscien tyrinėjamos pelės nėra kokia nors ypatinga pelių rūšis, apdovanota tokiais neeiliniais sugebėjimais iš prigimties. Jos tiesiog panaudojus genų inžinerijos metodus buvo sukurtos, kad būtų sumanesnės už savo gentaines. Užteko mokslininkams į atitinkamą smegenų ląstelę įvesti tik vieną papildomą geną ir jis labai stimuliavo pelių sugebėjimus pažinti ir atsiminti. Papildomas genas buvo įvestas į tam tikrą genetinio ryšio grandinės vietą pelės smegenyse, kuri yra pagrindinis pažinimo ir atminties procesų perduodamos informacijos raktas (priėmimo-perdavimo vartai).

Per paskutinius kelerius metus J. Tscien laboratorijos mokslininkų tyrimų pagrindinis tikslas buvo atrasti ir suvokti, kaip atmintis funkcionuoja smegenyse ir kokia yra tuo metu ląstelių ir molekulių veikla. Dar iš anksčiau atliktų bandymų mokslininkai žinojo, kad informacijos perdavimo ryšio grandinių atskirose dalyse vyksta smegenų ląstelių-neutronų sąveika. Manoma, kad būtent šios sąveikos yra atsakingos už atminties kaupimą smegenyse, jų lankstumas yra būdingas tik jaunoms, besivystančioms smegenims. Norėdami išsiaiškinti, koks yra atmintį perduodančio NMDA receptoriaus vaidmuo, J. Tscien pašalino pelės geną, kuris koduoja tam tikrą ryšio grandinės dalį. Ši pelė po operacijos tapo daug kvailesnė, nesugebėjo net praėjus labai trumpam laikui atsiminti visą laiką toje pačioje vietoje esančio į drumzliną vandenį panardinto tiltelio. Norėdami įsitikinti, kad būtent ši ryšio grandinė yra svarbiausia ir nuo jos priklauso pelės protiniai sugebėjimai, mokslininkai atliko priešingą eksperimentą - įvesdami papildomą geną.

Praeitų metų rugsėjo 3 dieną moksliniame žurnale "Nature" buvo atspausdintas straipsnis apie J. Tscien grupės atliktus tyrimus, kuris išsklaidė visas abejones ir įrodė, kad tyrinėtas NMDA receptorius tikrai yra vienas pagrindinių jungčių raktų, reguliuojančių atminties ir pažinimo procesų veikimą. Šis receptorius yra sinapsė – smegenų taškas, kur susikerta ir sąveikauja dvi smegenų

    ląstelės-neuronai. Šis ląstelių persikirtimo taškas veikia panašiai kaip durys: atėjusi signalo molekulė paskambina skambutį, receptorius atsidaro, įleisdamas "pasiuntinius"- krūviu pakrautus kalcio atomus. Kalcio atomų sukurtas elektrinis impulsas perduoda žinią toliau, į kitą sinapsę ir panašiai kaip estafetėje yra pasiekiama atitinkama reikalinga ląstelė priešingoje smegenų pusėje. Šių "transgeninių" pelių su modifikuota genų sistema pagrindinė ypatybė yra ta, kad jų receptoriaus-sinapsės "durys" yra laikomos atidarytomis daug ilgiau nei paprastų pelių ir tai sudaro galimybę į jas įeiti kur kas daugiau "pasiuntinių" - krūvį nešančių kalcio atomų. Taip pat labai padidėja tikimybė, kad perduodama žinia nebus iškraipyta ar pamesta pakeliui. Svarbu ir tai, kaip parodė atlikti tyrimai, kad šis efektas nesilpnėja laikui bėgant, ir pelės išlieka protingos ilgą laiką, taip pat išlaikydamos savo atmintį lanksčią ir jauną. Ta proga mokslininkai šioms pelėms suteikė "Doogie" pravardę – atitinkančią pagrindinio amerikiečių televizijos serialo "Doogie Howser, M. D." herojaus, išsivysčiusio ne pagal metus, daktaro vardą.

"Doogie" pelės pralenkdavo savo normalias gentaines visuose eksperimentuose, kur būdavo tikrinami jų sugebėjimai. Jos sugebėdavo atsiminti paprastus daiktus penkis kartus ilgiau nei paprastos pelės. Taip pat šios pelės daug ilgiau atsimindavo gautą silpną elektrinį smūgį ir kur kas greičiau suvokdavo esamą jo ryšį su garsu. J. Tscien nuomone, tai yra labai svarbus atradimas, nes tiek pelės, tiek žmogaus smegenyse atmintis, nusakanti daiktus, jų padėtį, ir atmintis, įamžinanti jausmus, iš jų ir skausmą, yra išdėstytos skirtingose smegenų vietose. Manoma, kad jausminio ir protinio pažinimo reiškinių prigimtis gali būti ta pati. Bandymai su pelėmis parodė, kad tirtas receptorius vienu metu veikia juos abu. Panašus receptorius egzistuoja ir žmogaus smegenyse, todėl labai realu, kad jis atlieka tas pačias funkcijas. Jei taip, tai vaistus gaminančios kompanijos vieną dieną gali sukurti mažą molekulę, įdės ją į vaistų piliulę, kurią nurijus bus galima pasigerinti informacijos perdavimo ryšio grandinės galimybes ir net paties geno aktyvumą, tai yra tapti protingesniam. Taip pat genų inžinerijos technologijos laimėjimai gali sudaryti galimybes persodinti didelį kiekį reikalingų genų į smegenis ir šitaip sugrąžinti dėl kokių nors priežasčių prarastą atmintį. Didžiausi ginčai kyla dėl galimybių formuoti gemalo smegenis, norint dirbtinai genetiškai sukurti genijų. J. Tscien nuomone, visuomenė turi būti labai atsargi ir gerai apmąsčiusi pradėdama tokio pobūdžio mokslines avantiūras. Jį ramina tai, kad kol kas genų inžinerija dar yra labai tolima nuo tokio realaus įgyvendinimo. Dabartiniu metu nėra klausimo, ar tai galima atlikti, yra klausimas, ar tai būtina atlikti ir kada tai bus atlikta – baigdamas teigia J. Tscien.


Robotas - seklys

Jean Claude Latombe sukūrė robotą, kuris gali stebėti ir sekti kitą, judantį robotą. Manoma, kad greitai tokie robotai taip pat galės sekti gyvus padarus, iš jų - ir žmones. J. C. Latombe kartu su savo bendradarbiu, kompiuterių specialistu iš Stanfordo, Kalifornijos valstija, JAV, sukūrė naujos kartos robotus – autonominius seklius, kurie bandymų metu riedėdami judėjo paskui kitus robotus, nurodytus, kaip “sekamus objektus”. Keturių pėdų (1,2 m) aukščio, cilindro formos robotai žvalgo elektroninėmis kameromis ir lazeriais juos supančią aplinką, sukurdami smulkų matomos vietovės vaizdą-planą. Viskas, ką mato robotas-seklys, yra perduodama į jį valdančio žmogaus displėjaus ekraną. Šitaip roboto vedlys displėjaus ekrane mato roboto sekamą objektą ir visą aplink esančią aplinką, taip pat ir įvairias ten esančias kliūtis. Svarbu yra tai, kad automatinis seklys, apvažiuodamas jo kelyje pasitaikančias kliūtis, sugeba nepaleisti stebimo objekto iš regėjimo lauko. Pavyzdžiui, robotui judant išilgai kokios    nors sienos ir artėjant prie sienos kampo, robotas nustato, ar kampe yra ieškomas objektas, jei jo nėra, pakeičia judėjimo kryptį ir važiuoja šalin. Tokios J. C. Latombe sukonstruoto roboto galimybės labai sudomino kariškius, nes toks šarvuotas robotas-seklys būtų idealus karių pagalbininkas gatvių mūšiuose mieste. Kitos šio roboto taikymo sritys būtų medicina, kur chirurgų konsiliumui displėjuje būtų galima pateikti atliekamos operacijos vaizdą, sudarytų puikias sąlygas jame įtaisyta televizijos kamera perduoti žaidžiančių futbolą ar kitą žaidimą žaidėjų judėjimo aikštėje vaizdą. J. C. Latombe teigia, kad era, kai žmonės įsivaizdavo robotus, kaip įrenginius, kurių pagrindinė veiklos sfera buvo kokių nors operacijų atlikimas, jau baigėsi. Dabar sukurti robotai jau sugeba surasti ir sekti norimą objektą, jų ateities perspektyvos yra susietos su tolesniu juose įmontuotų aplinkos stebėjimo ir tyrimo daviklių tobulinimu bei gautos vaizdinės informacijos greitu apdorojimu ir įvertinimu.

Prancūzų mokslininkams pavyko užregistruoti vieną fotoną

Fotonų skaičiaus matavimas yra sudėtinga mokslinė-techninė problema, reikalaujanti unikalios technikos. Heizenbergo(Heisenberg) neapibrėžtumo principas teigia, kad neįmanoma vienu metu išmatuoti fotono momento ir erdvinės pozicijos. Mokslininkai, tiriantys šviesos prigimtį, naudoja optinio-kvantinio išlaikymo metodą, kurio esmę sudaro tai, kad lazerio spinduliuotės fotonai metro ilgio nuotolyje sąveikauja su netiesine terpe, kurios lūžio rodiklis priklauso nuo krentančios šviesos intensyvumo. Vykstanti nerezonansinė medžiagos ir lazerio spinduliuotės sąveika iššaukia pastarosios fazės pokytį, kurį nesunkiai galima išmatuoti optinės interferometrijos metodais.

Prancūzijos “Ecole Normale Superieure” fizikai šį metodą modifikavo ir pritaikė vieno fotono registravimui, sudarydami sąlygas jam vieno metro spinduliu sąveikauti su vienu atomu daug kartų. Atšaldžius niobio atomo rezonatorių iki skysto helio

   temperatūros, jis tapo superlaidus, fotono gyvavimo laikas pailgėjo ir jis galėjo sąveikauti su niobio atomu iki vienos milisekundės. Kaip vieno metro spindulio rezonatorius, buvo naudojamas rubidžio atomų srautas. Kai fotonas patekdavo į rezonatorių, jis būdavo niobio atomo sugeriamas ir išspinduliuojamas, bet galutinė jo energija nekito, ji išlikdavo ta pati. Tačiau nors pats fotonas nekito, sąveikaudamas su juo niobio atomas patirdavo fazės pokytį, kurį nesunkiai buvo galima matuoti atominės interferometrijos metodais. Pagal šį fazės pokytį buvo galima nustatyti fotono buvimą rezonatoriuje, jį užregistruoti. Prancūzų mokslininkų nuomone, jų sukurta nauja vieno fotono registracijos technika sėkmingai gali būti pritaikyta kuriant naujo tipo kvantinius loginius elementus, kurie bus naudojami kvantiniuose kompiuteriuose.

Naujo tipo branduolinis ginklas

Įtakinga ir branduolinius tyrimus kontroliuojanti organizacija – JAV Energijos ir aplinkos tyrimų institutas (IEER) apkaltino JAV vyriausybę, kad ji ruošiasi atlikti branduolinių ginklų tyrimus, kurie šiurkščiai pažeis pasirašytą 1996 m. visiško branduolinių bandymų uždraudimo sutartį (CTBN). IEER teigimu, tuo pačiu metu besirūpindama, kaip tinkamai reaguoti į Indijoje ir Pakistane atliktus atominių bombų bandomuosius sprogdinimus, JAV užsimaskavusi konstruoja įrangą, kuri leis sukurti naujo tipo branduolinį ginklą. IEER nuomone, visų pirma taip yra dėl keleto JAV vyriausybės finansuojamų mokslo tyrimų projektų – Nacionalinio uždegimo įrenginio (National Ignition Facility, NIF) sukūrimo Lawrenso nacionalinėje Livermore laboratorijoje (planuojamą paleisti 2003 metais) ir “Laser Megajoule” projekto, atliekamo Prancūzijoje. Nedidelės galios termobranduoliniai sprogimai NIF bus atliekami galingo lazerio spinduliuote stipriai sužadinant-įkaitinant atšaldyto vandenilio rutuliuko pavidalo bandinius. Branduolinių ginklų arsenalo modernizavimas neatliekant įprastų branduolinių sprogdinimų buvo pagrindinis tikslas, paskatinęs JAV vyriausybę skirti 1,2 milijardo dolerių šiam moksliniam-techniniam projektui įgyvendinti.    IEER ekspertai tvirtina, kad branduoliniai ginklai, sukurti panaudojant NIF technologiją, ne tik pažeis JAV pasirašytą branduolinių bandymų uždraudimo sutartį, bet ir leis sukurti naujo tipo "grynai vandenilinę" bombą. Tokios bombos pagrindinis privalumas yra tas, kad, kitaip negu dabartiniu metu naudojamoje, joje nereikia iš pradžių susprogdinti atominę bombą termobranduolinei reakcijai inicijuoti. Tai reiškia, kad branduoliniai sprogmenys tampa daug mažesnio dydžio ir lengvesni, jų gamyba paprastėja, nes jiems gaminti nereikia aukštos kokybės išgryninto urano ar plutonio. Tai labai komplikuos branduolinių ginklų paplitimo pasaulyje kontrolę. Energijos departamento, kuris JAV atsakingas už branduolinių ginklų kūrimą, gamybą bei kontrolę, pareigūnai kategoriškai neigia, kad NIF numatyti atlikti tyrimai pažeis CTBN sutartį. Tačiau Hans Bethe, kuris dalyvavo kuriant atominę bombą, parašė laišką prezidentui B. Klintonui apie pavojų, kurį sukels grynos vandenilinės bombos sukūrimas. Jo nuomone, nepaisant to, kad vargu ar tai pavyks, JAV turi pareikšti pasauliui, kad šiuo metu nesiruošia kurti naujo tipo vandenilinės bombos.