Az élet antibiotikumok nélkül (4-7. oldal)

Deformációk a mikrovi-lágban (13. oldal)

Invazív fajok terjedése (10-11. oldal)

A periódusos rendszer (18-19. oldal)

Tudományos különszám

TétékásTétékásTétékásTétékásTétékásTudományos

TétékásTudományos különszám

Tétékáskülönszám

TétékásTétékásTétékásTétékásTétékásTétékásTétékásTétékásAz ELTETTKHÖK hetilapja

2009. február 03.info: nyuz@elte.huXXXVIII félévfolyam 1. számhttp://nyuz.elte.hu

NyúzNyúzNyúzTudományos Tudományos

NyúzNyúzNyúzNyúzNyúzNyúzNyúzNyúzNyúzTudományos

NyúzAz ELTE

NyúzAz ELTE

info: nyuz@elte.huinfo: nyuz@elte.huhttp://nyuz.elte.huhttp://nyuz.elte.huhttp://nyuz.elte.huhttp://nyuz.elte.huhttp://nyuz.elte.huhttp://nyuz.elte.hu

NyúzAz ELTE

NyúzAz ELTETTK

NyúzTTKHÖK hetilapja

NyúzHÖK hetilapja

info: nyuz@elte.hu

Nyúzinfo: nyuz@elte.huinfo: nyuz@elte.huhttp://nyuz.elte.huhttp://nyuz.elte.hu

NyúzHÖK hetilapja

NyúzHÖK hetilapja

info: nyuz@elte.hu

Nyúzinfo: nyuz@elte.hu

HÖKHÖKHÖKHÖKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTKTTK

XLIII. félévfolyam 15. szám 2012. január 11.

4315_tudnyuz_05.indd 1 2012.01.09. 11:33:11

Plusz-Mínusz A főszerkesztő nadrágszéle+-

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Plusz-Mínusz

A Földön még nem talált anyag hullott le az űrből

Szokatlan szerkezetű kristályt azonosítottak az orosz Korjak-hegységben. Ilyen kristály-típus a korábbi feltételezések szerint csak laboratóriumban állítható elő, azonban meg-lepő módon kiderült, hogy a természetben is előfordul. Az anyag azonban nem a Földön keletkezett, hanem a világűrből hullott boly-gónkra.Mindez azért meglepő, mivel eddig csak laboratóriumban, szabályozott viszonyok között sikerült ilyen anyagokat „növesz-teni”. Vákuumkamrában gázhalmazálla-potból kicsapódó fématomokkal hoztak létre kvázikristályokat, szabályozott szűk környezeti paraméterek mellett. A fur-csa anyagok mesterséges előállítása nem egyszerű, csak pontosan tervezett kísérletekkel lehetséges jelenleg. Az új megfigyelés azonban arra utal, hogy a világűr vákuumában is létrejö-hetnek, és keletkezésükhöz feltehetőleg sokkal változatosabb körülmények között is lehetőség nyílik, mint korábban felté-telezték.Az úgynevezett kvázikristályok eddig csak laboratóriumban léteztek, és nem is várták a szakemberek, hogy a természetben is előfor-dulnak. A furcsa anyagokat az izraeli Daniel Schechtman írta le először kísérletei alap-ján, aki tavaly kémiai Nobel-díjat is kapott a felfedezésért. Az ilyen kristályok eltérnek „klasszikus” társaiktól, nem követik a meg-szokott térbeli szimmetriák szabályait, és eltérő fizikai és elektromos tulajdonságokat is mutatnak.(forrás: http://origo.hu)

Magyar kutatók rangos nemzetközi elismerései

Az idén is számos magyar kutató tudományos eredményeit, sikeres életpá-lyáját ismerte el a nemzetközi tudományos közösség. A 2011-ben először odaítélt Agy Díjat magyar idegtudósok (Somogyi Péter, Freund Tamás és Buzsáki György) kapták az emlékezeti folyamatok idegi alapjainak feltárásá-ért. Az MTA természettudományokért felelős volt alelnökének (Kroó Norbert) kutatói életpályáját az Európai Fizikai Társaság (EPS) tiszteletbeli tagsággal ismerte el, míg a világhírű hálózatkutató, Barabási Albert-László az olasz Lagrange-díjat vehette át.Az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetének két idegtudományokkal foglalkozó kutatócsoportja maximális pontszámmal nyerte az Európai Kutatási Tanács (ERC) tapasztalt kutatóknak kiírt pályázatát, az Advanced ERC Gran-tot. A Freund Tamás és Nusser Zoltán akadémikusok által vezetett csoportok együttesen több mint 5 millió euró támogatásban részesültek. A csoportok kutatásai az idegsej-tek, szinaptikus kapcsolataik és az általuk létrehozott neuronhálóza-tok működésének megértéséhez vihetnek közelebb. (forrás: http://mta.hu)

Hogyan alakítja át az erdőket az éghajlatváltozás?

Az ENSZ a FAO Erdészeti Fórumának (UNFF) kezde-ményezésére a 2011-es évet az Erdők Évének nyilvání-totta. Tavaly világszerte a „zöld bolygó” védelmének és a fenntartható fejlődés összehangolásának lehető-ségeit mérlegelték.A 2011-es Erdők Évének előzménye az ENSZ Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezete (FAO) által 2010-ben készített felmérés volt a globális erdészeti erőfor-rásokról. A jelentés kimutatta, hogy az erdők állapota világszerte nagyon különböző, ami szorosan összefügg a helyi politikai és szociális problémákkal. Erdők Éve ráirányítja a figyelmet arra, hogy az erdők kiirtása a bioszféra létét, az embert is fenyegeti.Hazánkban is számos konferencia, tudományos ülés és szakmai fórum foglalkozott az erdők kiemelt ökológiai jelentőségével, amelyek élénk visszhangot váltottak ki a szaksajtóban és döntéshozói szinten egyaránt. Az eddigi tudományos eredmények gyakorlati haszno-síthatóságát jelentheti egy szolgáltató központ létre-hozása, amelynek célja a gazdálkodóknak és a regio-nális vezetőknek nyújtott tanácsadás a klímahatások mérséklésének és a fenntarthatóság elvárásainak is megfelelő döntések kialakításában.(forrás: http://mta.hu)

Eredményes volt a Kémia Nemzetközi Éve

Az ENSZ Közgyűlés még 2008-ban határozott arról, hogy 2011 legyen a Kémia Nemzetközi Éve, és az események fő szervezőjének az UNESCO-t, valamint az IUPAC-ot (Elméleti és Alkalmazott Kémiai Nemzetközi Unió) kérte fel. A döntésnek az volt az egyik indoka, hogy Maria Skłodowska-Curie pontosan száz éve kapta meg a kémiai Nobel-díjat, és vált a történelem első olyan alakjává, aki másodszor is átvehette a Svéd Tudományos Akadémia rangos elismerését (1903-ban megosztva �zikai Nobel-díjat kapott).Bár a Kémia Nemzetközi Évének hivatalos megnyitója 2011 januárjában volt Párizsban, az MTA Kémiai Tudományok Osztálya és a Magyar Kémikusok Egyesülete a Magyar Tudomány Ünnepéhez csatlakozva már 2010 november 5-én elindította a hazai programokat. Az év számos programot kínált a �ataloknak: 300 iskola részvételével a kémiát népszerűsítő fotó- és rajzpályázatokat, szabadegyetemet, nyári táborokat. Az i�úsági versenyek, köztük az MTA és a Delta című tudományos ismeretterjesztő műsor közös sorozatának fő célja az volt, hogy a diákokkal megsze-rettessék a kémia tudományát. Szintén a Kémia Nemzetközi Évének keretében született meg egy új, lát-ványos, interaktív weboldal, a chemgeneration.com, amely akadémikusok közreműködésével készült.Forrás: http://mta.hu

Felfedezték az első Föld méretű távoli bolygókat

Megvan a régóta várt felfedezés: a Kepler űrtávcső Föld méretű bolygókat talált a Naprendszeren kívül. Az égitestek egy Naphoz hasonló csillag körül keringenek, és szilárd felszínük van, de életet valószínűleg nem hordoznak.December 20-án újabb mérföldkőnek számító eredményt jelentett be a NASA: két olyan bolygót fedeztek fel, amely már valóban Föld méretű. A bejelentés már csak idő kérdése volt, mert a Kep-

ler űrtávcső által legalább egyszer megfigyelt, de további megerősítésre szo-ruló exobolygójelöltek között 207 olyan objektum van, amely Földünkhöz hasonló méretű. Ezek közül erősítették meg kettőnek a létezését. A bolygók a Kepler-20 jelű, Naphoz hasonló csillag körül keringenek.A 2009-ben felbocsátott Kepler űrtávcső teljesen új korszakot nyitott az

exobolygók kutatásában. Nemcsak hogy százával, sőt ezrével sikerült bolygójelölteket kimutatni 2011-ben, de ezek közül is egyre több Föld-szerű bolygót katalogizálnak.”A két most bejelentett planéta a Kepler-20 jelzéssel ellátott, G8 típusú csillag körül kering. A Kepler-20 a Lant (Lyra) csillagkép területén, a Földtől körülbelül 1000 fényévre található.Az égitest körül korábban már három bolygót felfedeztek. A két most talált égitest azonosítása a zajos háttérből alig kiemelkedő jelek miatt volt nehéz, létezésüket statisztikai vizsgálatokkal támasztották alá a szakemberek.(forrás: http://origo.hu)

4315_tudnyuz_05.indd 2 2012.01.09. 11:33:12

TétékásNyúz

Plusz-Mínusz A főszerkesztő nadrágszéle 3Plusz-Mínusz

TétékásNyúz XLIII. félévfolyam, 15. szám. Kiadja az ELTE TTK HÖK. Felelős kiadó: Dukán András Ferenc, a HÖK elnöke. Főszerkesztő: Gansperger Gábor.A kiadványt szerkesztették: Fontányi Andor, Gansperger Gábor, Szakács Dávid. Honlap: http://nyuz.elte.hu. E-mail: nyuz@elte.hu. Telefon: 372-2654, lapzárta után 30/806-3000. Fax: 372-2654. Lapzárta: péntek 12:00. Készült a Komáromi Nyomda és Kiadó Kft. nyomdájában 1500 példányban. A Nyúz a Magyar Egyetemi és Főiskolai Sajtó Egyesület tagja.

Az élet antibiotikumok nélkülAz antibiotikum rezisztenciáról..............................................4-7

Heuréka - megtaláltam!A véletlen szerepe nagy felfedezésekben..................................8-9

Eltűnő katicák, agresszív mókusokInvazív fajok terjedése.........................................................10-11

Forráskúp vagy tó?A kápolna-hegyi édesvízi mészkő vizsgálata............................12

BiomimetikaA mérnökök a természetről puskáznak.....................................13

Deformációk a MikrovilágbanMikropillárok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata.....14-15

A muzsika hangjaZenei terápiák autista gyerekek fejlesztésére......................16-17

Folytassa, Mengyelejev!A periódusos rendszer múltja, jelene és jövője...................18-19

A nyerő 21Játssz velünk értékes nyereményekért!....................................19

Tartalomjegyzék

Szokatlan számot tart kezében a kedves olvasó. Régóta dédelgetett ötletünk volt, hogy a vizsga-időszakban egy olyan különszámot állítsunk össze, amelyben az első oldaltól az utolsóig tudományos cikkek olvashatók. Igyekeztünk a lehető legnagyobb alapossággal eljárni, témáinkkal legalább nagy vonalakban lefedni a Karunkon fellelhető szakterületeket. Ez a nemes, de a korlátozott terjedelem miatt nem sok sikerrel kecsegtető próbálkozás is mutatja, hogy a bőség zavarával kell megküzdenie annak, aki legalább dióhéjban szeretné bemutatni az ELTE TTK össszes szakterületének legalább egy-egy kutatását. A kiadvány összeállítása során éppen ezért a lehető legnagyobb változatosságra törekedtünk; egyrészt egymástól eléggé elütő témákat választottunk, másrészt a különszámban egyaránt megtalálható rövid, a kutatási témába éppen csak bepillantást nyújtó, illetve fél szakdol-gozatnyi, részletes alapossággal kidolgozott írás is.

A Karunkon végzett oktatási és kutatási tevékenység a klasszikus természettudományos kutatási területek teljes spektrumát lefedi. Ennek köszönhetően egy helyen koncentrálódik és vesz körbe mindannyiunkat az évtizedek és évszázadok alatt felhalmozott ismeretek hihetetlen tárháza. Hatal-mas lehetőség, hogy egyetemi tanulmányainkat egy ilyen gazdag és változatos tudományos közeg-ben tölthetjük. A lehetőség adott, hogy nyitott szemmel és elmével járva a saját szűkebb érdeklődési körünkön és tágabban értelmezett szakterületünkön túl is magunkba szívjuk a természettudományos gondolkodást, megismerjük a különböző területek aktuális problémáit, fejlett módszertanát és a jelenkor nagy tudományos áttöréseit.

Reméljük, hogy a különszám cikkei könnyű, olvasmányos vagy akár szórakoztató formában tudnak megismertetni titeket a saját szűkebb érdeklődési területeteken kívüli, mégis aktuális és jelentős kutatásokkal. Ha valamelyik cikk felkelti az érdeklődésed, akkor a megadott forrásokon elindulva az internet világában nem lehet akadálya annak, hogy elmélyedj a témában és „szakér-tőjévé” válj annak.

Nem titkolt szándékunk, hogy a tudományos különszámmal hagyományt teremtsünk. Ha szeretnéd te is bemutatni a természettudományos kutatások egy érdekes, forrongó területét, vagy beszámolnál saját kutatásodról, akkor ne habozz, vedd fel velünk a kapcsolatot a tudbiz@ttkhok.elte.hu vagy a foszerkeszto@ttkhok.elte.hu címen!

Gansperger Gábor Szakács Dávid főszerkesztő tudományos biztos ELTE TTK HÖK ELTE TTK HÖK foszerkeszto@ttkhok.elte.hu tudbiz@ttkhok.elte.hu

4315_tudnyuz_05.indd 3 2012.01.09. 11:33:13

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám4Az élet antibiotikumok nélkülAz antibiotikum rezisztenciáról

Manapság nem is tudjuk elképzelni az életünket antibiotiku-mok, antimikrobiális gyógyszerek nélkül. Pedig az antibiotikumok nem csodaszerek. Napról napra egyre több kórokozó válik ellenál-lóvá a gyógyszerekkel szemben, ami már most nagy gondot okoz, és még súlyosabb problémák lehetőségét vetíti előre.

Az Egészségügyi Világszervezet (World Health Organisation, WHO) többször is felhívta a figyelmet a prob-lémára, legutoljára az áprilisi egészség-ügyi világnap alkalmából.

A következőkben körbejárjuk, hogy mekkora ez a probléma, hogyan alakul ki, hogyan terjed és miért veszé-lyes a gyógyszer rezisztencia? Mit tehetünk mi ellene?

AZ ANTIBIOTIKUM HASZNÁLATKEZDETEI.

Talán sokan hallottátok már Sir Alexander Fleming skót orvos és a penicillin felfedezésének történetét. Flemming a Staphylococcus aureus bak-tériumot vizsgálta 1928-ban, amikor is arra figyelt fel, hogy baktérium tenyé-szete befertőződött, egy kékes-zöld szí-nű penészgomba megtámadta azt. Dr. Fleming jó tudóshoz illően bosszússá-ga ellenére felfigyelt arra a jelenségre, hogy a penész körül a baktériumok nem növekedtek.

Dr. Fleming tovább vizsgálta atelepet befertőző penész faj és a bak-tériumok közötti kölcsönhatást. Meg-állapította, hogy a penészgomba a Penicillium nemzetségbe tartozik, és hogy az általa termelt anyag, amit penicillinnek nevezett el, gátolja a bak-tériumok növekedését. Már korábban

is megfigyelték, hogy a mikroorganiz-musok képesek egymás növekedését befolyásolni, de egészen addig nem számolt a tudományos közélet azzal, hogy a jelenség a gyógyászatban is hasznosítható lehet. A penicillin volt az első az antibiotikumok, azaz mikroba által termelt, más mikrobák növekedé-sét gátló anyagok hosszú sorában.

Dr. Fleming munkássága megala-pozta a penicillin kutatását, és elősegí-tette azt, hogy a penicillin gyors karriert fusson be. A penicillint a II. világhábo-rúban már sikeresen alkalmazták és számos katona életét vagy sebesült vég-tagját sikerült megmenteni az új gyógy-szer segítségével. Ekkor azonban még gondot okozott, hogy a penicillint nagy mennyiségben és tisztán előállítsák, és az is, hogy gyorsan kiürült a szervezetből. A felsorolt problémák megoldásával a háború után megnyílt az út a penicillin lakossági használata előtt.

Sir Alexander Fleming 1945-ben Orvosi Nobel-díjat kapott az antibioti-kumok kutatásának úttörőjeként végzett munkáságáért megosztva Ernst Boris Chain-nel és Sir Howard Floery-val, akik a penicillin kémiai tulajdonságainak feltá-rásán és tiszta formában való előállításán dolgoztak. A felfedezés jelentőségét bizo-nyítja, hogy a penicillinek, illetve szárma-zékaik ma is a leggyakrabban használt antibiotikumok közé tartoznak.

Többek között az ő kutatásaiknak köszönhetően tudjuk, hogy a Penicillium nemzetségbe tartozó penészgombák által termelt antibiotikumok tiazolidin és ß-laktám gyűrűt tartalmazó vegyületek, amelyekben a baktériumok növekedését gátló hatás a ß-laktám gyűrűnek köszön-hető (2. ábra).

Ma már nem csak a ß- laktám antibio-tikumok szerkezete, de azok hatásmecha-nizmusa is jól ismert. Ezek a vegyületek főleg a baktériumok egy nagy csoportjá-nak, a Gram-pozitív baktériumoknak a szaporodását gátolják a sejtfal képzésének gátlásán keresztül. Ebbe a csoportba tar-

tozik a Flemming által vizsgált S. aureus is. A bakteriális sejtfal a baktériumsej-tet körülvevő képlet, aminek rendkívül fontos szerepe van a sejt védelmében és az osztódás folyamán. A sejtfalszintézis gátlása a baktériumsejt pusztulásához vezet. A Gram-pozitív baktériumok sejt-fala egy többrétegű, cukor vegyületekből és peptidláncokból álló polimer. Az alap-vázat párhuzamosan futó cukorláncok képezik, amelyekhez peptidek kapcso-lódnak (3. ábra /1.). A szomszédos réte-gek peptidláncai között egy enzim (PBP – penicillin binding protein) keresztköté-seket hoz létre ezzel stabilizálva a sejtfalat (3. ábra/2). A ß-laktám vegyületek ennek az enzimnek a működését gátolják oly módon, hogy elfoglalják az enzim reak-ciócentrumát, megakadályozva annak működését (3. ábra/3-4-5)

EGY ÚJ GLOBÁLIS PROBLÉMAÉBREDÉSE

Az antibiotikumok karrierjének első évtizedeiben ezekre a molekulák-ra a XX. század csodaszereként tekin-tettek. Ez nem meglepő, hiszen olyan betegségeket sikerült hatékonyan kezelni, amelyekkel az emberiség már régóta küzdött (4. ábra). Ilyen például a szifilisz, gonorrhoea, diftéria, bakteriá-lis agyhártyagyulladás, vérmérgezés és a tüdőgyulladás.

Sajnos hamar kiderült, hogy az antibiotikumok nem csodaszerek. Szinte a használat megkezdésével egy időben felfedezték az első baktériu-mokat, amelyek ellenálltak a penicil-lin kezelésnek. A rezisztencia gyors megjelenése nem egy kivételes eset volt. Általánosan jellemző, hogy egy új antibiotikum bevezetése után pár évvel megjelennek az arra rezisztens baktériumtörzsek.

Az antibiotikum-használat évti-zedei során fokozatosan alakultak ki olyan kórokozó baktériumok, ame-lyek egy vagy több antibiotikummal 1. ÁBRA

2. ÁBRA

4315_tudnyuz_05.indd 4 2012.01.09. 11:33:13

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 5szemben ellenállóak. Erre példa a Mycobacterium tuberculosis, a TBC kór-okozója. Elsőre talán azt gondolnánk, hogy a TBC letűnt korok nyomorgói-nak betegsége. Azonban az úgyneve-zett MDR (multi drug resistant) és az XDR (Exensively drug resistant) válto-zatok megjelenése miatt a gümőkór ma is egy olyan betegség, amivel számolni kell. Az MDR változat ellenáll a koráb-ban hatékonyan használt antibiotiku-moknak, míg az XDR változat rezisz-tens olyan gyógyszerekre is amelyek az MDR változat ellen beváltak. Az MDR és az XDR tuberkulózis elsősorban a fejlődő országokban okoz nagy problé-mát, de jelen vannak a fejlett világban is. Az AIDS betegek körében a TBC ma is a vezető halálokok között van.

A többszörösen gyógyszer rezisztens baktériumok jelenléte a fejlődő és a fejlett országokban is komoly gondot okoz. Az ECDC (European Centre for Disease Preventionand Control – Európai Beteg-ségmegelőzési és Járványügyi Központ) 2009-es elemzése 1 szerint az európiai országokban a kórházban kezelt pácien-sek 5 %-a elkap valamilyen fertőzést. Ez éves szinten körülbelül 4,1 millió esetet jelent, amelyek közül 37 000 közvetle-nül, 110 000 pedig közvetve halált okoz.A kórházi fertőzések oka hogy a legyen-gült szervezetekben olyan baktériumok is fertőzést okozhatnak, amelyek egyéb-ként ártalmatlanok. Ezeknek a fertőzé-seknek a kialakulásában a gyógyszer rezisztens baktériumok is jelentős sze-repet játszanak (10%), hiszen a normál, nem célzott antibiotikumos kezelés (pél-dául műtétek után) nem elégséges elle-nük. Közülük a legjelentősebb (44%) a korábban már említett baktérium több gyógyszerre is rezisztens formája, az MRSA (Methicillin resistant S. aureus). A S. aureus a normál bőrflóra tagja és alap-esetben nem okoz betegséget. Legyen-gült szervezetekben azonban akár halá-los kimenetelű fertőzéseket is okozhat (pl. csúnya bőrfertőzéseket, vérmérge-zést, stb.). Az MRSA jelenléte koráb-ban erősen kórházakra korlátozódott, manapság azonban már a lakosság nagy százalékának (Magyarországon 10-25%, de az EU országok egyharmadában 25 % felett van 2) a normál bőrflórájában is megtalálható, ami tovább növeli a kórhá-zi MRSA fertőzés kockázatát.

A multidrogrezisztens baktériu-mok közül a legtöbb és a legsúlyosabb problémát az MDR és XDR tuberkuló-zis, valamint az MRSA okozza. Ezek

mellett az antibiotikum rezisztencia kevésbé jelentős kórokozókban is elő-fordul, például Salmonella fajok és az Escherichia coli esetében.

Fontos megemlíteni azt is, hogy a gyógyszer rezisztencia jelenléte nem csak a baktériumok által okozott beteg-ségek kezelését nehezíti meg. A malá-ria kórokozóival, a Plasmodium fajokkal szemben az eredetileg használt gyógy-szerek szinte teljesen hatástalanok már.

A fentiek ijesztően hathatnak, de szerencsére ma még a többszörösen rezisztens baktériumok ellen is tudunk védekezni. Az antibiotikum rezisztens kórokozók által okozott fertőzéseknek

azonban ennek ellenére is nő a lefolyási ideje, a fertőzés továbbadásának és az elhalálozásnak a kockázata. Jellemzően drágább is az ilyen fertőzések kezelése.

A BAKTÉRIUMOK GYÓGYSZER REZISZTENCIÁJÁNAK MECHA-NIZMUSA, KIALAKULÁSA ÉS TERJEDÉSE: BIOLÓGIAI HÁTTÉR

Fontos kiemelni, hogy a gyógyszer rezisztens baktériumok megjelenése és fejlődése egy természetes folyamat. Egy tulajdonság evolúciójának feltétele, hogy az adott tulajdonság öröklődjön az utód generációkra, és hogy az adott tulajdon-ságnak többféle változat létezzen. Ha ezek a feltételek adottak és a tulajdon-ság változatai között vannak előnyösebb változatok, akkor az előnyösebb változa-

tok terjednek el a populáción belül. Azt, hogy egy változat mennyire előnyös, azt az aktuális környezeti tényezők hatá-rozzák meg. Ha egy környezeti tényező befolyásolja egy adott tulajdonság elő-nyösségét, akkor azt a tényezőt szelek-ciós tényezőnek („kiválasztó tényező”) nevezzük. (5. ábra)

Tételezzük fel, hogy torokgyulla-dásunk van és, hogy az ezért felelős baktérium egyedek különböző mér-tékben érzékenyek az orvos által felírt antibiotikumra. Ha bevesszük a gyógy-szert, akkor a baktériumokat szelekciós nyomás alá helyezzük. Azok a bakté-riumok elpusztulnak, amelyek nem képesek ellenállni a gyógyszer hatá-sának, míg a rezisztens baktériumok életben maradnak. Rezisztens baktéri-umok nagy valószínűséggel előfordul-nak az egyes baktérium populációk-ban. Ily módon gyógyszer rezisztens törzsek szelektálódnak ki. A megcsap-pant létszámú baktériumpopulációt az immunrendszer már képes hatékonyan elpusztítani. Ha valami probléma van, például ha az immunrendszer nem megfelelően működik, akkor a bakté-riumok száma újra növekedni kezd. Az új populáció főleg olyan egyedekből fog állni, amik ellen az eredeti gyógy-szer már nem használ.

A rezisztencia gyors terjedésében nagy szerepe van annak, hogy a bakté-riumpopulációk nagyok és rendkívül gyorsan szaporodnak. A laboratóriumi E. coli törzsek osztódási ideje optimá-lis körülmények között mindössze 20 perc. A gyors szaporodásnak köszön-hetően rövid idő alatt sok baktérium jön létre, így a már meglévő rezisz-tenciafaktorok gyorsan elterjedhetnek, valamint a mutációk adott időre eső száma is nagyobb. Márpedig a válto-zatosság egyik forrása a mutáció. Sok-féle olyan módosulás jöhet létre, ami hozzájárul a különböző antimikrobiális gyógyszerek hatásának elkerüléséhez.

A gyógyszer-elkerülési mechaniz-musok közül talán a legnyilvánvalóbb a gyógyszer sejten belüli koncentrá-ciójának csökkentése. Ennek legegy-szerűbb módja a gyógyszermolekula felvételének elkerülése. Ez a sejtmemb-rán és a sejtfal tulajdonságainak meg-változtatásával érhető el. A legtipiku-sabb példái ennek a mechanizmusnak a Mycobacteriumok, amiknek különle-ges sejtfala nagyon sok anyag számára átjárhatatlan. A kis áteresztő képességű sejtfal nem csak hozzájárul az MDR és

3. ÁBRA

4315_tudnyuz_05.indd 5 2012.01.09. 11:33:14

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám6

az XDR változatok magas fokú rezisz-tenciájához, de az új gyógyszermole-kulák fejlesztését is megnehezíti.

A sejten belüli gyógyszer-koncent-ráció csökkentésének másik nagyon hatékony módja az úgynevezett efflux-pumpák alkalmazása. A gyógyszerektől és a gyógyszer rezisztencia jelenségétől függetlenül a baktériumok rendelkez-nek olyan pumpákkal, amik segítségével különböző anyagokat képesek a környe-zetbe juttatni. Ezeknek fontos szerepük lehet például a környezetükben lévő mérgező anyagoktól való megszabadu-lásban. Ezek a pumpák módosulhatnak oly módon, hogy képesek legyenek eltá-volítani egy- vagy akár sokféle gyógy-szermolekulát. Ily módon az efflux-pumpák rendkívül nagymértékben járulnak hozzá a multidrog rezisztens baktériumtörzsek kialakulásához.

A következő módszer a gyógyszerek pusztító hatásának elkerülésére a gyógy-szermolekula semlegesítéséé, annak ártal-matlan formává alakításával vagy lebon-tásával. Így védekeznek a baktériumok a penicillin és minden más ß-laktám típusú antibiotikum ellen is. A ß-laktámok lebon-tására a baktériumok egy ß-laktamáznak nevezett enzimet „fejlesztettek” ki. Ez az enzim a ß-laktám antibiotikumok közös és egyben a hatásért is felelős elemét, a ß-laktám gyűrűt hasítja.

A baktériumok gyógyszer elkerü-lése és az emberiség gyógyszerkutatása közötti versengésnek jó példája, hogy a ß-laktámok elleni rezisztencia mechaniz-musát követően a tudósok olyan antibio-tikum származékokat kezdtek fejleszteni, amelyekben a ß-laktám gyűrű nem hasít-ható. Ebbe a csoportba tartozik például a methicillin is, amit sokáig alkalmaztak a korábbi vegyületekre már rezisztens S. aureus fertőzések kezelésére. Sajnos, ahogy azt az előző fejezetben már láttuk, napjainkban a S. aureus baktériumok jelentős része már ezzel a hatóanyaggal szemben is rezisztens. Ezzel el is érkez-

tünk a következő típusú antibiotikum rezisztencia mechanizmushoz. Előfordul, hogy az antibiotikum célpontjául szol-gáló molekula mutáció révén megvál-tozik a baktériumban oly módon, hogy az antibiotikum többé nem tudja gátolni annak működését. A methicillin rezisz-tencia ebbe a típusba tartozik. Korábban már ismertettem, hogy a ß-laktám típu-sú antibiotikumok a PBP enzimhez köt-nek, gátolva ezáltal annak működését. A methicillin rezisztens baktériumok egy olyan PBP-re tettek szert, amely kevésbé köti a ß-laktám vegyületeket, és így képes az antibiotikum jelenlétében is elvégezni feladatát. 3

Az antibiotikum rezisztencia sok esetben már valamilyen meglévő génter-mék átalakulásával jön létre. Gyakoriak az olyan esetek is, amikor a gyógyszer rezisztenciában szerepet játszó gén már eleve jelen van a baktériumok között, csak nem azokban a fajokban, amelyek ellen a kezelést alkalmazzuk. Az anti-biotikumok definíció szerint olyan mik-roorganizmusok által termelt anyagcse-retermékek, amik más mikroorganizmu-sok szaporodását gátolják. A definíció nagyrészt magyarázza is a fenti jelenség hátterét: a baktériumoknak védekez-niük kell a saját maguk és a környeze-tükben előforduló mikroorganizmusok által termelt antibiotikumok ellen, ezért rendelkeznek olyan génekkel, amik ezt lehetővé teszik. Ez is alátámasztja, hogy az antibiotikum rezisztencia megjelenése a gyógyszerhasználattól függetlenül is jelenlévő természetes folyamat.

Joggal merül fel a kérdés, hogy ha a rezisztenciagének az embereket meg-betegítő baktériumokkal nem rokon fajokban alakulnak ki, akkor hogyan lehetséges az, hogy ugyanezek a gének felelősek a patogének rezisztenciájáért is. Ezekben az esetekben az antibiotikum rezisztenciát biztosító gén horizontális géntranszfer útján juthat át a patogén fajokba. Horizontális géntranszfernek azt a folyamatot nevezzük, amikor egy élőlény genetikai anyagot épít be a saját genetikai anyagába egy olyan másik élő-lényből, amivel nem áll szülő–utód kap-csolatban. A horizontális géntranszfer a mikroorganizmusok között rendkívül gyakori. Ez a jelenség teszi lehetővé, hogy a rezisztenciagének a környezeti rezervoárból a humán patogénekbe jus-sanak, így jelentősen hozzájárul a rezisz-tenciagének gyors terjedéséhez.

A horizontális géntranszfernek három fajtája van. Az úgynevezett

transzformáció szabad DNS felvételét jelenti a környezetből (6. Ábra /a). Ha egy baktérium elpusztul, és genetikai anyaga kijut a környezetbe, azt más baktériumok képesek lehetnek felven-ni és beépíteni saját kromoszómájukba. Az így megszerzett hasznos géneket a baktérium megtartja.

A horizontális géntranszfer másikváltozatában, az úgynevezett transz-dukcióban baktériumokat fertőző víru-sok, azaz bakteriofágok „szállítanak” genetikai információt a baktériumok között. (6. Ábra /b). A fágok saját fehér-jéiket kódoló genetikai anyagon kívül hordozhatnak járulékos géneket is, amelyekre korábbi fertőzési ciklusok-ban tettek szert. Ha a járulékos gének között antibiotikum rezisztencia gén(ek) is van(nak), úgy a fág hozzájárul a rezisz-tencia terjedéséhez.

A horizontális géntranszfer har-madik típusa a konjugáció (6. Ábra /c), amely során közvetlen kapcsolat alakul ki két baktériumsejt között. A konju-gáció során a résztvevő baktériumok genetikai anyagot cserélnek. A rezisz-tenciagének gyakran csoportosulnak plazmidnak nevezett mobilis eleme-ken. Ezek kis, cirkuláris DNS moleku-lák, amelyek a konjugáció során köny-nyen átjutnak egyik sejtből a másikba. A jelenség elősegíti a multidrog rezisz-tens törzsek kialakulását és terjedését.

4. ÁBRA

5. ÁBRA

4315_tudnyuz_05.indd 6 2012.01.09. 11:33:14

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 7GYÓGYSZER REZISZTENCIAKIALAKULÁSÁT ÉS TERJEDÉ-SÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK

Nem elég, hogy az antibiotikum rezisztencia kialakulása és terjedé-se önmagában is gyors folyamat, azt számos emberi tényező is elősegíti. A WHO szerint ezek közül a legfonto-sabb az antibiotikumok nem megfe-lelő használata. Ez nagy gondot jelent a fejlődő országokban, ahol sokszor nehéz is hozzájutni a gyógyszerekhez, a gyógyszereket túl kicsi dózisban, túl rövid ideig szedik, ami a rezisztencia kialakulásának és elterjedésének ked-vez (vesd össze az előző fejezettel).

Hasonló problémák a fejlett orszá-gokban is vannak. Nem ritka eset, hogy a páciens nem az előírásoknak meg-felelően szedi a gyógyszert, hanem abbahagyja a kúrát, amint jobban érzi magát. A rezisztencia terjedését segíti elő az is, ha nem megfelelő antibio-tikumot szedünk, valamint az is, ha antibiotikumot használunk olyan ese-tekben is, amikor párnapos ágynyuga-lom mellett az immunrendszerünk is elbánna a betegséggel.

A sokáig csak kórházakban elő-forduló MRSA fertőzések példája is mutatja, hogy a kórházak az antibioti-kum rezisztencia kifejlődésének meleg-ágyai. A kórházakban nagy dózisú és szélesspektrumú antibiotikum kezelé-seket alkalmaznak, ami nagy szelekci-ós nyomást eredményez.

Az antibiotikum rezisztencia gyors kialakulásához és terjedéséhez az is hozzájárul, hogy a mezőgazdaságban a haszonállatokat is antibiotikumok-kal kezelik járványos megbetegedések elkerülése érdekében. Ennek a veszélyei abban vannak, hogy bizonyos baktériu-mok képesek állatról emberre terjedni és újabb antibiotikum rezisztenciagéneket meghonosítani az emberi baktériumfló-rában. Az állatról emberre terjedő bak-tériumok közé tartozik például a szal-monella kórokozója. A rezisztens Sal-monella fajok a fejlődő világban súlyos járványok kialakulásáért felelősek.

A mezőgazdasági és a gyógyászati antibiotikum használat során az anti-biotikumok a vízhálózatba is bekerül-hetnek. A környezet antibiotikumokkal való szennyezése miatt további bakté-rium közösségek kerülnek szelekciós nyomás alá. Ráadásul napjaink globá-lis világában minden és mindenki szin-te pillanatok alatt eljuthat bárhonnan

bárhova, így a világ egy adott pontján kialakult antibiotikum rezisztencia gyorsan elterjedhet.

TERVEK AZ ANTIBIOTIKUM REZISZTENCIA TERJEDÉSÉ-NEK MEGFÉKEZÉSÉRE

A WHO szerint a nem megfelelő antibiotikum használat járul hozzá leg-jelentősebb mértékben az antibiotikum rezisztencia kialakulásához és terjedé-séhez. A folyamatot megállítani nem lehet a baktériumok változatossága és gyors evolúciója miatt. A WHO a folya-mat lassítását tűzte ki céljául, hiszen annak beláthatatlan következményei

lennének, ha elveszítenénk a baktéri-umok ellen használt leghatékonyabb fegyvereinket, az antibiotikumokat. A cél eléréséhez globális összefogásra van szükség. Hiszen mit ér, ha a fejlett országokban fegyelmezetten használ-ják az antibiotikumokat, amíg a világ más részein a szakszerűtlen alkalmazás miatt kialakuló multidrogrezisztens baktériumok pár óra alatt eljuthatnak a nyugati világba?

A WHO által megfogalmazott irányelvek szerint a következőkre kell fokozottan figyelni. Először is szükség van további tanulmányokra, hogy az antibiotikum rezisztencia mechanizmu-sokat jobban megértsük. A rezisztens törzsek terjedésének és új rezisztens ala-kok megjelenésének pontos követése, monitorozása szintén nélkülözhetetlen. Az antibiotikumokat tudatosabban és célzottabban kell használni. Minden esetben tesztelni kell a fertőzést okozó baktériumokat, és a legkorábban kifej-lesztett, még hatásos gyógyszert kell alkalmazni. Antibiotikumot csak akkor szabad felírni, ha ez mindenképpen szükséges. Az antibiotikum használa-tot a mezőgazdaságban is minimalizál-

ni kell. Nem szabad megfeledkezni az alternatív terápiás lehetőségekről sem. Ez alatt nem a köznyelvben vett alter-natív gyógymódokat kell érteni, hanem tudományosan megalapozott, nem anti-biotikumok használatán alapuló terápiás eljárásokat. Ilyenek például az immun-rendszer működését serkentő terápiák, vagy a baktériumokat elpusztító bakte-riofágokat alkalmazó fágterápia.

Mit tehetsz te? Az orvos által felírt antibiotikumot az utasításoknak meg-felelően kell szedni akkor is, ha job-ban érzed magad. Figyelhetsz arra is, hogy az orvos tényleg csak akkor írjon fel neked antibiotikumot, ha az indo-kolt. Csak a saját gyógyszered szabad szedni, a neked felírt gyógyszert ne add tovább, és a korábbról megmaradt gyógyszert ne szedd be. A megmaradt gyógyszert nem szabad házilag meg-semmisíteni, például lefolyóban lehúz-ni, kidobni, mert így antibiotikummal szennyezed a környezetet.

Vigyázzunk az antibiotikumokra, hiszen az új gyógyszerek fejlesztése és bevezetése rendkívül összetett, lassú és költséges folyamat!

SzJE

IRODALOMJEGYZÉK:1 Council of the European Union. Council recommen-

dation of 9 June 2009 on patient safety, including the

prevention and control of healthcare-associated infections

(2009/C151/01). Official Journal of the European Union.

3 Jul 2009.2 European Centre for Disease Prevention and Control.

Annual Epidemiological Report on Communicable Dis-

eases in Europe 2010. Stockholm: ECDC; 2010.3 Henry F. Chambers. Methicillin Resistance in

Staphylococci: Molecular and Biochemical Basis and

Clinical Implications. Clinical Microbiology Reviews,

Oct. 1997, p. 781–791.www.wikipedia.org;

www.nobelprize.org;

www.who.int;

José L. Martinez. Antibiotics and Antibiotic Resistance

Genes in Natural Enviroments. Science, July 2008,Vol

32, p. 365-367.

Lois B. Rice. The clinical consequences of antimicrobial

resistance. Current Opinion in Microbiology. 2009, Vol

12, p. 476-481.

1. ábra: http://www.accessexcellence.org/AE/AEC/CC/

s5.php;

2-5. ábra: www.wikipedia.org;

6. ábra: D. Lowy. Antimicrobial-resistant bacteria in the

community setting. Nature Reviews Microbiology, Jan.

2006, p. 36-45;

6. ÁBRA

4315_tudnyuz_05.indd 7 2012.01.09. 11:33:15

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám8Heuréka – megtaláltam!A véletlen szerepe nagy felfedezésekben

Tanulmányaink során főleg alaposan megtervezett és precí-zen kivitelezett kísérletekről hallunk. Ugyanakkor ezek mellett a véletlen, nem várt felfedezéseknek is nagy szerep jutott a minden-napjainkat meghatározó anyagok és technikák feltalálásában és kifejlesztésében.

Az egyetemi előadásokon sokat hallunk olyan kísérletekről, amelye-ket a kutatók a rendelkezésre álló ismeretek alapján alaposan meg-terveztek és precízen kiviteleztek. Ezek eredménye hozzásegített min-ket világunk egy részletének jobb megértéséhez. Ugyanakkor talán kicsivel kevesebb figyelmet kapnak a véletlen, vagy váratlan felfede-zések. Holott a véletlennek döntő szerepe volt egy sor, a mindenna-pokban használt anyag, technoló-gia vagy jelenség felfedezésében és kifejlesztésében, amelyek nélkül ma már szinte elképzelni sem tudjuk az életünk.

Gondolnátok-e például, hogy a celofán, a vazelin, a rozsdamentes acél, a brandy, az LSD, a kinin (malá-ria gyógyszer) és a „post it” papír felfedezése illetve feltalálása mind a véletlennek, vagy legalábbis egy váratlan megfigyelésnek köszönhe-tő? A következőkben néhány váratlan felfedezés történetén keresztül bete-kintést nyerhettek abba, hogy miként juttat minket a véletlen hétköznapja-ink során használható újdonságokhoz.

A legtöbben gondolom serpenyő, szendvicssütő vagy lábas bevonata-ként találkoztatok a teflonnal. Nélküle igazi rémálom lenne a mosogatás, de a konyhán kívül is rengeteg területen lenne fájó ennek a csodálatos anyag-nak a hiánya.

A teflon (politetrafluoretilén) az elterjedt hiedelemmel ellentétben nem egy méregdrága NASA projekt termé-ke, hanem nem várt eredménye Roy J. Plunkett 1938-as kísérleteinek. Ezek során Plunkett új klórfluorkarbon

(CFC) hűtőközeg előállításán fárado-zott. A CFC-k használata környezet-károsító hatásuk miatt ma már tiltott, de akkoriban széles körben alkalmaz-ták és fejlesztették ezeket. Plunkett tetrafluor-etilén és sósav reakciójával kívánt egy új anyagot előállítani, ami a tervek szerint alkalmas lett volna a céljaira. Az asszisztense fel is töltött egy gázpalackot tetrafluor-etilénnel. A tetrafluor-etilén nyomás alatt, lehűtve várta, hogy végre kiengedjék. Mikor előkészítették a kísérletet és megnyitot-ták a palackot, azt tapasztalták, hogy a gáz nem jön, a palack üres. Hosszas tanakodás után úgy döntöttek, hogy minden biztonsági előírásra fittyet hányva felnyitják a palackot. A palack természetesen nem volt üres, és nagy szerencséjükre robbanás helyett egé-szen más várt rájuk: a palackban fehér port találtak, ami a tetrafluor-etilén polimerjének bizonyult, és amit később teflonnak neveztek el.. A sze-rencsés véletlen hátterében az állt, hogy a gázpalack anyaga vas volt, ami a nagy nyomás alatt katalizátorként szolgált a tetrafluor-etilén polimeri-zációjához. A későbbi tesztek meg-állapították, hogy ez az anyag egye-dülálló tulajdonságokkal bír. A tef-lont a legtöbb folyadék nem nedvesí-ti. A teflont magas olvadáspontjának (327 °C) és kémiai reakcióképtelen-ségének (inertség) köszönhetően a konyhán kívül is rengeteg területen alkalmazzák, például az űrhajósok ruházatában, mikrochipekben, korro-zív anyagok tartályainak és vezetéke-inek bevonataként, súrlódást csökken-tő kenőanyagok komponenseként stb. A túraruházatok anyagaként is ismert Gore-tex szintén a teflonhoz hasonló fluoropolimer membránt tartalmaz, amin apró pórusok vannak, hogy az anyag „lélegezzen”. A teflonnal bevont felületek olyan egyenletesek és csúszósak, hogy még a rovarok sem tudnak megkapaszkodni rajta. Ezt a

tulajdonságát a teflonnak például a hangyafarmok esetében használják ki, így akadályozva meg, hogy a hangyák megszökjenek. Továbbá számítógépes egerek alját vonják be vele, hogy az kevésbé súrlódjon az egérpadon. A teflon felhasználási módjait a teljesség igénye nélkül sorolva is egyértelműen látszik, hogy milyen sok területen nél-külözhetetlen ez az anyag manapság.

A véletlen felfedezések nem csak a teflon révén vannak képvi-seltetve a konyhában. A szacharin (o-benzoszulfamid), az első mes-terséges édesítőszer szintén egy nem várt felfedezésnek köszönhe-tően édesíti meg mindennapjainkat.A teflonnál ugyan kevésbé széles kör-ben használt anyag, de jelentősége megkérdőjelezhetetlen. A felfedezé-se annak köszönhető, hogy 1879-ben Constatin Fahlberg vegyész elfelejtet-te megmosni a kezét. Abban az idő-ben Fahlberg a kőszénkátrány új fel-használási módjainak kifejlesztésén dolgozott. Azon a bizonyos napon arra figyelt fel, hogy a kenyér amit evett, különösen édes volt. A felesége hevesen tagadta, hogy bármi különö-set művelt volna a konyhában, és ő maga normális ízűnek érezte az ételt. Ekkor jött rá Fahlberg, hogy az íznek a kezéről kell származnia, amit aznap elfelejtett megmosni. Másnap a labo-ratóriumban egyedi, nem követendő módját választotta a kísérletezésnek: végigkóstolta a munkája során kelet-kezett különböző anyagokat egészen addig, amíg rá nem bukkant az édes komponensre.

Később Fahlberg szabadalmaztat-ta a szacharint, és annak előállítási módjait. Az édesítőszer a piacon már korábban megjelent, de széles körben csak az első világháború során terjedt el, amikor a cukor hiánycikk lett a világ nagy részén.

A szacharin nátrium és kálcium sója jól oldódik vízben, és a szerve-zetben nem kerül megemésztésre, így praktikusan „energiamentesnek” tekinthető. A cukornál jelentősen édesebb. Hátránya, hogy fémes utó-íze van. Ugyanakkor a diétázóknak és cukorbetegeknek lehetővé teszi, hogy

4315_tudnyuz_05.indd 8 2012.01.09. 11:33:16

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 9ne kelljen teljesen lemondaniuk az édes élvezetekről. A szacharin a 60-as évek után örvendett a legnagyobb népszerűségnek, amikor a különböző fogyókúra divathullámok egymást érték, és kalóriaszegény étkezésre buzdították a karcsúsodni vágyókat.

Széles körben használják a mai napig süteményekben, rágógumi-ban, cukorkákban, salátaöntetekben és fogkrémekben.

A szacharin az egyik legtöbbet vizsgált adalékanyag az élelmiszer-iparban. Már korán felmerült, hogy a szacharin fogyasztása bizonyos rákos megbetegedések kialakulá-sának valószínűségét növelheti. Az 1900-as évek eleje óta sokszor felme-rült a kérdés, és számos vizsgálatot is végeztek. A szacharin használatát időről időre tiltották is egyes orszá-gokban, azonban a közelmúltban a legtöbb ország feloldotta a tilalmat, mert a mai napig nincs bizonyíték arra, hogy az anyagnak az egészség-re káros hatása lenne.

A konyhában találunk még egy olyan nélkülözhetetlen eszközt, aminek kifejlesztésében a véletlen felfedezés óriási szerepet játszott. A mikrohullámú sütő ötlete annak köszönhető, hogy 1945-ben Percy LeBaron Spencer amerikai mérnök csokoládéval a mellényzsebében ácsorgott egy működő magnetron előtt. A magnetront a korai radarok működéséhez nélkülözhetetlen mik-rohullámú rádiójelek előállítására használták. LeBaron Spencer észre-vette, hogy a csokoládéja gyorsan megolvadt, és összefüggésbe hoz-ta ezt a mikrohullámokkal. Később kukorica pattogtatásával és egy tojás felrobbantásával igazolta elképze-lését. A cég, ahol LeBaron Spencer dolgozott szabadalmaztatta az ötle-tet, és 1947-ben piacra dobták az első mikrohullámú sütőt, ami egy kar-csú, 180 cm magas és 340 kg tömegű, vízhűtéses jószág volt, amihez 5000

dollár ellenében lehetett hozzájutni. Manapság már szinte elképzelhetet-len egy konyha mikrohullámú sütő nélkül, amelyek mérete, ára és kezel-hetősége rengeteget fejlődött az első modellek bemutatása óta.

Természetesen a világ a konyhán kívül is hemzseg az olyan találmá-nyoktól, amik létüket véletlen felfede-zésnek köszönhetik. Ezek közé tarto-zik a vulkanizált gumi is. A természe-tes, kezeletlen gumi alkalmatlan olyan felhasználásra, ahol elasztikus anyag-ra van szükség. A kezeletlen gumi nyúlós, ragadós, melegben deformá-lódik, hidegben törékeny. Erre kere-sett megoldást Charles Goodyear tíz hosszú éven keresztül, de nem járt sikerrel. A megoldáshoz végül vélet-lenek sorozata vezetett. Egy napon Goodyear gumi, kén és ólomfehér fes-ték (bázisos ólom-karbonát) keverékét véletlenül a forró kályhára öntötte. Azt tapasztalta, hogy a meleg meg-égette az anyagot, de nem tette tönkre azt. Megvizsgálta a „terméket” és azt találta, hogy az megkeményedett, de hasznos tulajdonságokra, például a hőn áhított elasztikusságra tett szert. A jelenség magyarázata, hogy a keze-letlen gumiban egymástól függetlenül mozogni képes polimer szálak között a vulkanizálás során keresztkötések jönnek létre. Ennek következtében azok nem tudnak többé egymástól függetlenül mozogni. Erőhatásra a vulkanizált gumi torzul, de az erő csökkenésével a gumi visszanyeri ere-deti alakját. A vulkanizált gumit azóta szerteágazóan használjuk a gumiab-roncsoktól a jégkorongig az élet majd minden területén. A szerencsés felfe-dezés ellenére a gumi vulkanizálásá-nak szabadalma nem Goodyear-é lett, ugyanis Thomas Hancock 1944-ben, Goodyear-t nyolc héttel megelőzve megindította a szabadalmi eljárást. Tehát hiába fedezte fel véletlenül Goodyear állítása szerint már 1939-ben a vulkanizálást, profitálni soha nem tudott belőle.

Ahogyan azt a fenti példák is mutatják, a véletlen felfedezések egyik legtermékenyebb területe a kémia. A másik tudományterület, ahol sok-szor történik ilyen a gyógyászat. Szá-mos alkalommal előfordult, hogy az előállított gyógyszer nem a kívánt betegség gyógyítását tette lehetővé.A Tamoxifent fogamzásgátlónak fej-lesztették, de rákgyógyszerként hasz-

nálják. A Viagra vérnyomáscsökken-tőnek készült, de az erektilis diszfunk-ció kezelésében értek el vele hatalmas sikereket.

Az eddigi példák alapján láthat-játok, hogy a véletlen felfedezéseknek mekkora szerepük van a kutatás és az ipari fejlesztés területén. Olyannyira így van ez, hogy az angol nyelvnek külön kifejezése van a jelenségre: serendipity. A jelentése nagyjából az, hogy véletlenül valami olyan dolog-ra bukkanni, amit nem kerestünk; „szerencsés véletlen”, vagy „kellemes meglepetés”. A kifejezést 2004-ben a tíz legnehezebben lefordítható angol szó közé is beválasztották, de létezése jelzi a jelenség jelentőségét.

A serendipity jelenséget és annak jelentőségét sokan kutatták történelmi és ismeretelméleti aspektusból egy-aránt. Abban a legtöbb szerző egyetért, hogy a véletlen felfedezésekhez sokkal több szükségeltetik puszta vakszeren-csénél. A híres francia mikrobiológus-tól és kémikustól, Louis Pasteurtől származik a következő híres idézet: „a megfigyelés során a szerencse csak a felkészült, éles elmét támogatja”.A feltaláló vagy kutató elméleti és gya-korlati felkészültsége és jártassága, nyi-tott szeme és elméje nélkülözhetetlenül szükséges ahhoz, hogy felfigyeljen a nem várt eredményre, jelentőséget tulajdonítson neki, felderítse a háttér-ben meghúzódó folyamatokat és jelen-ségeket, majd hasznosítsa azokat.

Járjatok tehát ti is nyitott szemmel, hátha részesei lehettek ti is egy szeren-csés, véletlen felfedezésnek!

Szakács Dávid

FORRÁS:

http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/accidental-

discoveries.html;

http://science.discovery.com/brink/top-ten/accidental-

inventions/inventions.html;

http://www.impactlab.net/2010/02/21/19-accidental-

discoveries-that-changed-the-world/;

http://listverse.com/2008/02/24/top-10-accidental-

discoveries/;

en.wikipedia.org/.

4315_tudnyuz_05.indd 9 2012.01.09. 11:33:17

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám10Eltűnő katicák, agresszív mókusokInvazív fajok terjedése

Egyszer potyautasok egy kereskedőhajón vagy egy kamion rakományában, máskor direkt azért hozzák ide őket, mert valami-lyen mezőgazdasági vagy környezetvédelmi probléma megoldását remélik tőlük.

Természetes ellenségek híján gyor-san elszaporodnak, felborítják a helyi ökoszisztéma működését és sokszor a kihalás szélére sodornak vagy végképp kiszorítanak más fajokat. Az invazív fajok száma és az általuk okozott károk mértéke egyre növekszik.

A fajok vándorlása, új fajok kelet-kezése, mások kihalása egy természe-tes, de igen lassú folyamat, az ember megjelenése azonban felgyorsította ezeket a folyamatokat. A gyarmatosí-tó európaiak élelem biztosítása céljá-ból és honvágyuk enyhítésére vitték magukkal Ausztráliába, Új-Zéland-ra és Dél-Afrikába a macskát (Felis catus), a disznót (Sus scrofa) és több kecskefajtát (Capra hircus). Mivel az új kontinenseket meghódító európaiak a távoli földrészeken is szerettek volna vadászszenvedélyüknek hódolni bete-lepítették az üregi nyulat (Oryctolagus cuniculus) és a vörös rókát (Vulpes vulpes) is.

NÖVÉNYEK INVÁZIÓJA

Brit, spanyol és cseh kutatók 2009-ben publikáltak egy térképet, ame-lyen az invazív növényfajok terjedését ábrázolták az Európai Unió területén. Ennek tanúsága szerint az e szempont-ból leginkább veszélyeztetett területek Németország, Lengyelország, Cseh-ország és hazánk, valamint a Duna alsóbb szakaszának környéke. Min-denki számára ismert példa a parlagfű (Ambrosia artemisiifolia) térhódítása, amely Észak-Amerikából került az öreg kontinensre és okoz kellemetlen

tüneteket allergiától szenvedők milli-óinak. A szintén északi-amerikai fehér akácot (Robinia pseudoacaciae) gyors növekedése és homokos talajt megkötő tulajdonága miatt hozták Közép-Euró-pába, a gazdasági haszon mellett azon-ban kárt is okoz a mézelő fafaj, hiszen kiszorítja az adott élőhely természetes növényzetét. A Helmholtz Társaság tanulmányában mintegy 6000 idegen növényfaj európai jelenlétéről szá-molnak be a kutatók, hozzátéve, hogy a nem őshonos fajok mintegy 75%-a véletlenül került hozzánk. Az invazív fajok megjelenésének elképesztő üte-mét jelzi, hogy évente átlagosan 6 fajjal bővül az Európában élő növényfajok száma és az, hogy az elmúlt két és fél évtizedben megháromszorozódott az idegen fajok száma.

JÖNNEK A CSIGÁK ÉS A KATICÁK

A legkárosabb invazív fajok tízes top listáját a Frontiers in Ecology and the Environment c. szakfolyóirat szak-emberei állították össze 2009-ben (lásd keretes írásunkat). A kutatók szerint bár a legnagyobb anyagi károkat az agresszívan terjedő szárazföldi gerinc-telenek okozzák, a gerinces fajoknak van a legnagyobb hatása az ökoszisz-témára. „A szerzők fölsorolják azokat az idegen fajokat is, amelyek a legna-gyobb közvetlen pénzügyi ráfordí-tást igénylik évente, beleértve a meg-figyeléssel és az irtással kapcsolatos, illetve a környezetvédelmi neveléssel összefüggő költségeket. A legdrágább betolakodók közé tartozik a vízijácint (Eichhornia fajok) 3,4 millió eurós, a nutria 2,8 millió eurós és egy tengeri algafaj 8,2 millió eurós éves költség-gel.” – elemzi a cikket Pesthy Gábor szakújságíró.

A harlekinkaticák két éve bukkan-tak fel nálunk, eredetileg az Egyesült Államokban a pekánfákat megtámadó levéltetvek ellen alkalmazták őket, de „kiszabadulva” eljutottak Európába is és hiába tiltották be 1999-ben mezőgaz-

dasági felhasználásukat, terjedésüket már nem lehetett megállítani. Elterje-désükkel párhuzamosan egyre inkább szorulnak vissza a kétpettyes, hétpettyes és tizennégypettyes katicafajok, a har-lekinkaticák ugyanis nemcsak eleszik a többi katica elől a levéltetveket, hanem megeszik a pettyes katicák petéit és lárváit is. Versenyképességüket tovább javítja az a tény is, hogy az Európá-ban honos katicáknak évente általában egy új nemzedéke van, a harlekinnek kettő, de a déli területeken akár négy nemzedék is lehet. A harlekinek télire behúzódnak védettebb helyekre, egy kővágószőlősi házban több ezer példány keresett menedéket a rosszra fordult idő elől. A Harlekin Projekt azt a célt tűzte ki, hogy információkat gyűjtsenek az invazív katicafajok hazai terjedéséről: a szervezők e-mailben várják a tájékozta-tást arról, hogy hol, mikor, hány darab és milyen fajhoz tartozó harlekint találtak, mindezen információk mellé lehetőség szerint egy fotót is kérnek.

Már Magyarországon is megjelent a spanyol csupaszcsiga (Arion lusitanicus) és a barna nagy csupaszcsiga (Arion ruf-us), amely a kiskertekben is sok kárt okoz – számolt be egyik korábbi cikkében az [origo] Tudomány rovata. A csigák elter-jedésének oka a vízelvezető árkok kar-bantartásának elmulasztása, valamint a talajfertőtlenítők és műtrágyák haszná-latának csökkenése. Természetes ellen-ségük alig van, a hazánkban élő sün- és békafajok ugyanis vagy nem vagy csak mértékkel fogyasztják ezeket a ház nél-küli puhatestűeket. Irtásukra kémiai és biológiai módszerek egyaránt léteznek, előbbire példa az, amikor a csigák által veszélyeztetett területet oltott mésszel négyzethálós mintázat szerint felszórják és a kártevők a meszes sávba érve, kiszá-radnak és elpusztulnak. A biológiai mód-szerek közül eddig az indiai futókacsa „bevetése” bizonyult leghatásosabbnak. A madarak akkor tudnak igazán hatéko-nyak lenni a csigák számának csökkenté-sében, ha egy kerti tó is van a közelben, ahol megtisztíthatják azokat.

4315_tudnyuz_05.indd 10 2012.01.09. 11:33:17

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 11A szürke mókus (Sciurus caro-

linensis) hazánkban ugyan még nem jelent problémát, az Egyesült Államok-ból indult faj azonban intenzíven halad kelet felé Európában. Az Európában őshonos vörös mókusnál sokkal jobb stressztűréssel rendelkeznek, ha meg-fogják vagy sarokba szorítják őket, akkor agresszíven reagálnak.

MITŐL OLYAN SIKERESEK?

Az invazív fajokat tág ökológiai tűrő-képesség jellemzi, gyorsan szaporodnak, egyszerre sok utódjuk van, amelyek gyor-san ivaréretté válnak. A bolygatott, romló minőségű élőhelyet jobban tűrik, mint az ott őshonos fajok. Akadnak köztük olya-nok, amelyek speciális kémiai anyagokat bocsátanak ki (pl. Centaurea diffusa nevű imola-faj), így jutva előnyhöz az ott élő fajokhoz képest.

Az invazív fajok egy részének ter-jedését az ember szándékosan idézi

elő, például gazdasági haszon remé-nyében, így volt ez a már említett fehér akác esetében, de ennek tudható be a selyemkóró (Asclepias syriaca) hazai elterjedése is.

Létezik az úgynevezett „naiv szi-getlakók megtévesztése” nevű jelenség is. Az elzárt szigetek különleges evolú-ciós pályán fejlődő élővilága ugyanis sokkal sérülékenyebb, mint a konti-nensek flórája és faunája. Az ilyene-ken gyakran hiányzik a tápláléklánc egyik eleme, pl. a csúcsragadozó vagy a nagytestű növényevő. A szigeteken honos röpképtelen madarak és „naiv” emlősök könnyen áldozattá válhatnak, így történt ez például a csendes-óceáni Guam szigetén, ahol a barna mangro-vesikló (Boiga irregularis) a bennszü-lött madarak, emlősök és gyíkok 80%-át elpusztította. A problémák pedig továbbgyűrűztek, már az erdőalkotó fák is hanyatlásnak indultak, mivel a madarak voltak azok, akik a fák mag-

vait terjesztették, sőt egyes fafajok magvai csak a madarak bélrendszerén áthaladva váltak csíraképessé.

Az invazív fajok ellen általában csak drasztikus védekezési lehetőségek van-nak, a biológiai védekezés (például egy természetes ellenség behozatala és az állomány ezáltal történő ritkítása) sok-szor újabb ökológiai és gazdasági károk okozója, a kémiai védekezés azonban környezeti problémákat szül, arról nem is szólva, hogy gyakran igen költséges.

Jurecska Laura

A Frontiers in Ecology and the Environment c. szakfolyóirat top 10-es listája invazív fajokról:

TIGRISSZÚNYOG ₍AEDES ALBOPICTUS₎

Ázsiai eredetű szúnyogfaj, mint-egy 22 vírus hordozója, többek között a nyugat-nílusi vírusé.

KAUKÁZUSI MEDVETALP ₍HERACLEUM MANTEGAZZIANUM₎

Hatalmas termetű lágyszárú növény, amely Közép-Ázsiából és a Kaukázus vidékéről dísznövényként került Európába. Bár hazánk területét még nem érte el, tőlünk északra, a Szlovák-karszt területén már komoly problémát okoz. Nedve fényérzé-kennyé teszi a bőrt, amely így égé-si sérüléseket szenvedhet UV-fény hatására.

ÜRÖMLEVELŰ PARLAGFŰ ₍AMBROSIA ARTEMISIFOLIA₎

A cikkünkben is említett parlagfű ellen hatékony biológiai védekezés gyakorlatilag nincs, a gyomirtókra azonban érzékeny. Nemcsak Euró-pában okoz problémát, Ázsiában, Dél-Amerikában és Ausztráliában is elterjedt.

CORBICULA FLUMINEA KAGYLÓ

A kisméretű kagylófaj csatorná-ban és csőrendszerekben elszaporodva okoz gazdasági károkat.

MNEMIOPSIS LEIDYI MEDÚZA

Rendkívüli mértékben elszapo-rodott mind a Fekete-, mind a Föld-közi-tengerben. Az ikrával, halik-rával és planktonikus élőlényekkel táplálkozó medúzák megjelenése miatt megritkultak a fókák, a del-finek és számos – gazdaságilag is jelentős – halfaj.

SELYEMKÓRÓ ₍ASCLEPIAS SYRIACA₎

A mézelőként is ismert selyem-kóró a Duna-Tisza közének homoki gyeptársulásaiban okozza a legna-gyobb problémát.

HALCSONTFARKÚ RÉCE ₍OXYURA JAMAICENSIS₎

Díszmadárként kezdte „pályafu-tását” a mára 21 országban elterjedt bukóréce-faj. Hibrideket képes létre-hozni az egyébként veszélyeztetett kék-csőrű récékkel (Oxyura leucocephala), a hibridek domináns viselkedésűek.

KANADAI LÚD ₍BRANTA CANADENSIS₎

A halcsontfarkú récéhez hason-lóan ez a faj tenyészetből szabadult, majd állományát vadászati céllal gyarapították. Különösen Észak- és Északnyugat-Európában elterjedt. Hibridet képez őshonos vadlúdfa-jokkal, területét agresszíven védi.

NUTRIA ₍MYOCASTOR COYPUS₎

A Dél-Amerikából származó rág-csáló, amelyet elsősorban prémjéért tenyésztettek, néhány példány azon-ban kiszabadult.

KÍNAI RAZBÓRA ₍PSEUDORASBORA PARVA₎

A hatvanas években telepítették be Európába, ma már valamennyi álló és folyóvizünkben előfordul. Elfogyasztja az őshonos fajok ikráit és gyakorta halbetegségeket közvetít.

4315_tudnyuz_05.indd 11 2012.01.09. 11:33:18

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám12Forráskúp vagy tó?A kápolna-hegyi édesvízi mészkő vizsgálata

Az édesvízi mészkövek forrásvízből kiváló kontinentális karbonátüledékek, amelyeknek számos kifejlődési típusát írták le a Budai-hegységből. Az ismertebb előfordulások közé sorol-ható a süttői tavi kifejlődésű mészkő, amely a Parlamentet is borítja.

Az általunk vizsgált, kevésbé közismert kápolna-hegyi előfordu-lást korábbi kutatói forráskúpként írták le, amely megállapítást a terepi vizsgálataink során további részle-tekkel gazdagítottuk és lehetséges képződési körülményeit méginkább pontosítottuk.

ÉDESVÍZI MÉSZKÖVEK ÁLTALÁ-NOS JELLEMZÉSE, FORRÁSKÚPOK

A főként karbonátos területeken beszivárgó csapadékvíz a regioná-lis felszín alatti áramlási pályákon a mélybe jut, majd törések mentén for-rások formájában ismét a felszínre bukkan. A felszínre lépést követően a vízben oldott CaCO3 a források-nál és azok közelében csapódik ki, ezáltal létrehozva számos kifejlődé-si típust, amelyeket az alábbi főbb csoportokba sorolják: forráshát, víz-eséses-, teraszos-, tavi kifejlődés és forráskúp. A kutatásaink során ez utóbbi kettővel foglalkoztunk rész-letesebben.

Az édesvízi mészkőkúpok egyedi keletkezési adottságokkal és megje-lenési formákkal rendelkeznek. Ezek a sajátos formák a kevésbé gyakori kifejlődések közé tartoznak, mert a

környezeti feltételeken kívül a kép-ződésük bonyolultabb vízföldtani és vízkémiai adottságok függvénye. A forráskúpok formái alapvetően a vízhozamtól, a forrásvíz hőmérsék-letétől, a vízben oldott anyag meny-nyiségétől és a felszínre lépés körül-ményeitől függenek. Ezek alapján létrejöhetnek nagyméretű–kisméretű, lapos–magas, szimmetrikus–aszim-metrikus formák is.

TERÜLET ELHELYEZÉSE,TEREPI ÉSZLELÉSEK

A Kápolna-hegy felhagyott bá-nyája, Budapest északi részén, Bé-kásmegyer határában található és a terület egyik legnagyobb édesví-zi mészkő előfordulását tárja fel (1. ábra). A békásmegyeri térség mész-köveit lerakó pleisztocén források a mai úgynevezett észak-budai hév-források ősei.

Az egykori forrásmészkő kúpok terepi felismerése elsősorban a kép-ződmények jellegzetes rétegzettsége alapján történhet. Alapvető tulajdon-ságuk, hogy a rétegek a forrásfeltö-rés helyétől „elfelé” (centripetálisan) dőlnek, amely ezen előfordulás ese-tén is megfigyelhető.

A 2. ábra az általunk felvett ÉÉNy-DDK irányú keresztmetszeti szelvényt és a bánya térképvázlatát

mutatja. Ahogy az látszik, az északi fal tavi kifejlődésre jellemző vastag-pados rétegekből, míg a déli fal a mészkőkúpokra jellemző vékonyla-minált rétegekből épül fel.

Terepbejárásaink során több érde-kességet tapasztaltunk, amelyek az egykori képződési körülményekről adnak információt. Az északi fal vas-tagpados rétegeiben magasabbrendű növénymaradványok nyomai bújnak meg, például nádszárak és faágacs-kák. Ezzel szemben a déli falon csu-pán mikrobiális tevékenységre utaló jeleket találtunk az innen vett minták vékonycsiszolataiban.

A KÉPZŐDÉSI KÖRÜLMÉ-NYEK REKONSTRUKCIÓJA

A fentebb bemutatott kereszt-metszeti szelvényt alapul véve pró-báltuk rekonstruálni a képződési körülményeket. Ez alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a forrásvíz lejtőn léphetett a felszínre, ahol a magas hőmérsékletű vízből kicsapódó CaCO3 kúpot épített, majd folyamatosan hűlve topográfiai aka-dályba ütközött, ahol alacsonyabb hőmérsékletű duzzasztott tavat ho-zott létre. Az így kialakult meden-cécskében adottak voltak a feltételek vastag mészkőpadok képződéséhez. Elméletünk szerint ennek a tónak a partján már megtelepülhettek olyan magasabbrendű növények, amelyek nyomait az északi fal egyes rétegei-ben láttunk. Vizsgálataink alapján fel-tételezhetjük, hogy a Kápolna-hegy édesvízi mészköve nem egyszerű forráskúp, hanem egy forráskúp és a hozzá csatlakozó tó kombinációja (3. ábra).

Ünnep ViktóriaTörök Ágnes

1. ÁBRA: A KÁPOLNA-HEGYI ÉDESVÍZI MÉSZKŐ ELŐFORDULÁS ELHELYEZ-KEDÉSE (FEKETE KÖRREL JELÖLVE)

2. ÁBRA: A BÁNYA KERESZTMET-SZETI SZELVÉNYE ÉS ENNEK HELYE

A TÉRKÉPVÁZLATON

3. ÁBRA: A LEGVALÓSZÍNŰBB KÉP-ZŐDÉSI KÖRÜLMÉNYEK REKONST-

RUKCIÓS RAJZA

4315_tudnyuz_05.indd 12 2012.01.09. 11:33:19

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 13BiomimetikaA mérnökök a természetről puskáznak

Az élővilágban az evolúció évmilliói alatt a legkülönbözőbb prob-lémákra születtek zseniális megoldások, amelyekre a mérnökök irigy-séggel, vágyakozva tekintettek. A mérnöki tudományok manapság már annyira fejlettek, hogy képesekké váltunk az élőlények megoldá-sainak utánzására és a saját kényelmünk szolgálatába való állítására.

A biomimetika (a görög bios = élet és mimesis = utánzás szóból, szinonimája a biomimikri) a biológiai ismeretek és a mérnöki tudományok egyesítését célzó szemlélet. A „biomimetikus” megköze-lítést számos fejlesztési területen alkal-mazzák sikerrel a robotikától a forma-tervezésig, az építőipartól a hadászatig.

A biomimetika egyik nagy és sike-res területe az élő szervezetektől elle-sett megoldásokat tartalmazó, különféle célokra felhasználható anyagok előállí-tása. Az ilyen anyagok leghíresebb pél-dája a tépőzár. A tépőzár kifejlesztését a George de Mestral kutyájának szőrébe gabalyodott bogáncs mikroszkópos vizs-gálata ihlette, és a hétköznapi ruháktól kezdve az űrhajósok öltözékéig az élet majd minden területén használjuk.

Az élőlények egyes bámulatos tulaj-donságai hosszú ideje foglalkoztatják a kutatókat. Hogyan képesek a gekkók fejjel lefele megkapaszkodni az üvegla-pon? A legtöbben azt gondolták, hogy ragadós váladékot választanak ki, azon-ban kiderült, hogy tévednek. A gekkók talpát sok millió parányi, 2µm hosszú és 0,2µm átmérőjű, keratin nevű fehérjéből felépülő szőrszál borítja. Keratin alkot-ja az emberi szőrt és hajat, valamint a bőrünk elszarusodott rétegeit. A gekkók hihetetlen falmászó képessége annak köszönhető, hogy a talpukon található apró szőrszálak és a felület között van der Waals kölcsönhatás jön létre. Ezek a kölcsönhatások egyesével igen gyen-gék, azonban a sokmillió kölcsönhatás együttesen képes megtartani az állatot. A felismerés óta kutatók kifejlesztettek egy anyagot, amit a gekkó talpán talál-hatókhoz nagyon hasonló szőrszálak borítanak, és aminek egyetlen tenyérnyi darabja képes megtartani egy ember súlyát. Az ilyen anyagok a jövőben a tépőzár alternatívái lehetnek és kivált-hatják a különböző kémiai ragasztó sze-rek használatát.

Hogyan képes a zavaros vizű élőhe-lyeken élő lótusz mindig tisztán tartani

a leveleit? A triviális megfejtés az, hogy biztosan annyira sima a levél felszí-ne, hogy nem tapad meg rajta a kosz. Érdekes, de pont ennek az ellenkezője igaz. A lótusz levelén 1 nanométeres viaszkristályokkal borított néhány mik-

rométer magas dudorok sorakoznak. A viaszkristályok víztaszító felületet biztosítanak és a dudorok tovább csök-kentik a felszín és a vízcseppek érintke-zési felületét. Ennek köszönhető, hogy a vízcseppek könnyen lecsúsznak a levelekről, és már a legkisebb zápor is makulátlanul tisztára mossa a leveleket. Mára már ezt a felismerést is több új fej-lesztésben kamatoztatják, például tar-tós vízlepergető bevonatot állítottak elő öntisztító üvegfelületek előállítására.

A biomimetika másik fontos terü-lete az, amikor a természetből ellesett formákat, mérnöki megoldásokat a saját céljainkra használunk fel. Ennek leghí-resebb példája a Mercedes tanulmány-autója, amit a bőröndhal (Ostracion cu-bicus) ihletett. A tervezők tudták, hogy a természet a leghatékonyabb forma-tervező, ezért olyan állatot kerestek, aminek formáját mintául vehették egy biztonságos, bőséges térkínálatú és minimális autó megalkotásakor.A bőröndhalról nem az áramvonalasság jut kapásból az ember eszébe. Pedig az ún. áramlási alaktényezője hallatlanul kicsi (cW 0,06), ezért kis energia befek-

tetéssel képes haladni. Ezen kívül nagy nyomás elviselésére is képes. Ezek a tulajdonságok bármelyik autónak a javára válnak. A mérnökök fejlesztő munkájának eredménye a Mercedes Bionic car nevű kényelmes egyterű 0,19-es áramlási anyagtényezővel, ami ver-senyautókat megszégyenítően jó érték.

Hasonló bravúrt értek el építészek Zimbabwében, amikor a termeszek légkondícionáló megoldásainak tanul-mányozásával és lemásolásával sikerült egy hatalmas épületben hagyományos légkondícionáló rendszerek beépítése nélkül kellemes klímát biztosítaniuk. A vizsgált termesz faj hatalmas várakat épít. Ezekben a várakban termesztik kedvenc eledelüket: egy gombát. Ez a gomba rendkívül kényes a hőmérsék-letre, 30°C-on érzi magát a legjobban. Ennek biztosítása nagy feladat a terme-szeknek, ugyanis éjszaka fagypont köze-li hőmérsékletek sem ritkák, míg nap-pal 40°C-os rekkenő hőség van. A ter-meszek a várban egy fűtő- és hűtőkür-tőkből álló rendszert alkalmaznak a kívánt hőmérséklet biztosítása érdeké-ben. Ezt a rendszert tanulmányozták és valósították meg az Eastgate Cent-re építői. A termeszektől ellesett meg-oldásoknak köszönhetően az épület légkondícionálásának költsége alig a tizede a hasonló méretű épületeknél megszokottnak.

A felsorolt példákon túl is szám-talan területen figyelnek a kutatók és fejlesztők egyre jobban a természetben található különböző megoldásokra, és igyekeznek azokat saját céljaik elérésé-re felhasználni. A robotok mozgásának fejlesztése az ízeltlábúak mozgásának idegi szabályzásának tanulmányozása alapján, vagy a minden eddiginél köny-nyebb és ellenállóbb páncélok előállítása puhatestűek házának szerkezete alapján csak néhány további példa ezekre.

Érdemes tehát figyelni az élőlé-nyeket és ellesni a kifinomult mérnöki megoldásokat tőlük, mert a képességeik jobb megismerésével és az ismeretek alkalmazásával a saját életünket tehet-jük kényelmesebbé és gazdaságosabbá.

Szakács Dávid

FORRÁS:

http://www.origo.hu/tudomany/20100120-biomimikri-az-

elovilag-ihlette-talalmanyok.html;

http://www.origo.hu/tudomany/20100220-e.html;

http://www.mercedes-benz.hu.

GEKKÓ TALPA KÜLÖNBÖZŐNAGYÍTÁSOKBAN

4315_tudnyuz_05.indd 13 2012.01.09. 11:33:19

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám14Deformációk a MikrovilágbanMikropillárok mechanikaitulajdonságainak vizsgálata

A szilárd testek rugalmatlan alakváltozását jól leíró fizikai jelen-ségre először a XX. század elején figyeltek fel. Ez volt a diszlokáció, amelyet Orován, Polányi és Taylor 1934-ben sikeresen alkalmaztak a képlékeny alakítás kvantitatív vizsgálatára.

A diszlokáció egydimenziós rács-hiba (azaz vonalhiba). A diszlokációk tulajdonságainak vizsgálatával, az anyagok plasztikus deformációját és az ehhez kapcsolódó egyéb fizikai jelensé-geket tudjuk leírni.

Az évek során sikerült a diszlokációk feszültségterét és kölcsönhatásukat is meghatározni, ezáltal lehetőséget kap-tunk az anyag deformáció közben tör-ténő mozgásának megértésére. Minél több diszlokációt (és egyéb rácshibát) tartalmaz az anyag, annál keményebb, hiszen a diszlokációk túlzsúfolódnak, és nem képesek egymástól mozogni. Egy jól kilágyított anyag azt jelenti, hogy kevés benne a diszlokáció, a keresztmet-szet 1 cm2-nyi felületét ~106 diszlokáció döfi át. A vonalhibák ilyen nagy száma ad okot arra, hogy mozgásukat a ter-modinamikához hasonlóan, statisztikus fizikai eszközökkel vizsgáljuk.

Az elméleti fizikai kutatások mellett lehetőségünk van az anyag számítógé-pes modellezésére, azaz számítógépek-kel szimulálhatjuk az atomok mozgását deformáció közben, képet kapva azok és a diszlokációk mozgásáról. Ma már képe-sek vagyunk néhány száz nanométeres anyagok atomi szintű modellezésére is.

Az elektronmikroszkópok és a legújabb kétsugaras pásztázó elektron-mikroszkópok elterjedésével, lehetőség

nyílik az anyag nanométeres nagyság-rendű megmunkálására, megfigyelésére. Más anyagfizikai kísérleti eszközök is léteznek (például nanokeménységmérő, nanoindenter), amelyek hasonló méretek-ben végeznek fizikai vizsgálatokat.

Mint azt észrevehetjük a kísérle-ti és szimulációs méretek összeértek.A szimulációk az elméleti megfontolások alapján készülnek, megkaptuk a lehető-séget, hogy az elméleteinket közvetlenül kísérleti úton ellenőrizzük, alátámasszuk.

Az ELTE TTK új mikroszkópja, FEI Quanta 3D FEG kétsugaras, ami azt jelen-ti, hogy nem csak elektronforrással ren-delkezik, hanem ionforrással is. Mindkét nyaláb alkalmas mikroszkópi kép készí-tésére, emellett az ionnyalábbal a minta felülete megmunkálható, mikropillárok is készíthetőek vele.

A fókuszált ionnyaláb (későbbiek-ben FIB) működési elve teljesen hasonló, mint a pásztázó elektronmikroszkópé (későbbiekben SEM). A gallium ionokat elektromos tér gyorsítja a kiválasztott energiára, és mágneses lencsék fókuszál-ják a minta felületére, amit az így kialakí-tott nyalábbal pásztázunk. FIB esetében a forrás kicsit más, mint SEM esetében: volfrám anyagú gallium tartályhoz egy vékony volfrám tű csatlakozik. A felme-legített, folyékony gallium megnedvesíti a volfrám tűt, ahol az úgynevezett kihú-zófeszültség ionizálja a tű hegyén össze-gyűlt gallium atomokat, Ga+ keletkezik, és ezeket a pozitív töltéseket elindítja az elektromos tér az ionoszlopon keresztül a minta irányába. Az ionoszlopban a kivá-lasztott gyorsító feszültség (2 kV – 30 kV) a kívánt energiára gyorsítja az ionokat, amelyek a mintába ütközve különböző termékeket keltenek. Keletkeznek sze-kunder elektronok, amelyek mikroszkópi kép készítésére használhatók, szekunder ionok is keletkeznek, amelyek a minta anyagából rugalmasan kiütött ionizált részecskék, ezek is alkalmasak képkészí-tésre. Elég nagy energiát és áramerősséget választva, a minta anyaga hatékonyan (n

· 10µm3-es mennyiségben) porlasztható, eltávolítható.

Miért gallium ionokat használunk? A gallium rendkívül jó tulajdonságok-kal rendelkezik. Relatíve közepes tö-megű, ami miatt a leghatékonyabban porlaszthatja a tőle könnyebb és nehe-zebb tömegszámú elemeket is. Emellett alacsony, alig 30 ˚C az olvadáspontja, és könnyen túlhűthető, egyszeri felfűtéssel hetekig folyékony marad. Jó tulajdonsá-gai még, hogy nem illékony, viszkózus és nem reagál a volfrámmal. Negatív tula-jdonsága, hogy a mintába implantáló-dik, néha a mintában található réseket is kitölti. Ha később röntgen analízist szeretnénk végezni a kezelt felületen, akkor a galliumot is mérni fogjuk. Vala-mint amorfizálja az egyébként kristályos minta felületét. A minta anyagától függ, hogy milyen vastag amorf réteg jelenik meg a felületen. Kisebb gyorsító feszült-ség esetén az amorf réteg vékonyítható, de el nem távolítható teljesen. Vastag amorf réteg jelenléte a felületen akadá-lyozza az EBSD mérést.

Sajnos a gallium fogy, egy tartályt kb. 1000 órán keresztül lehet használ-ni. Azonban a FIB olyan méréseket tesz lehetővé, hogy más eljárással nem vagy nehezen lehet elvégezni.

MIRE HASZNÁLHATÓ MÉG A FIB?

A szekunder elektronokkal és ionok-kal mikroszkópi képet készíthetünk, ezt csak tájékozódásra érdemes használni, mert jó kép készítéséhez hosszabb pász-tázási idő kell, és az ionnyaláb roncsolja a minta felületét. A minta felületére különböző anyagokat (platina, szén, szigetelő anyag) választhatunk le. Egy vékony cső megközelíti a mintát, és úgynevezett perkurzor gázt juttat a felület közelébe. Ez szerves gáz, ami elbomlik a leválasztani kívánt anyagra és maradék gázra, amikor találkozik az ionnyaláb-

1. ÁBRA: FEI QUANTA 3D DUAL BEAM ELEKTRONMIKROSZKÓP

2. ÁBRA: 3 µM ÁTMÉRŐJŰ PLATINA SAPKÁVAL ELLÁTOTT MIKROPILLÁR

4315_tudnyuz_05.indd 14 2012.01.09. 11:33:20

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 15bal. Az ionnyaláb egy általunk kiválasz-tott maszk szerint pásztázza a mintát a gáz jelenlétében, így e maszk mentén a kiválasztott anyag a felületre rakódik. Ezt az eljárást használhatjuk nanolitográfiára.

FIB-bel készíthetünk olyan bemetszést, amellyel megvizsgálhatjuk a minta keresztmetszetét. Olyan mérést is lehet végezni, amelynek során a keresztmetszeti felületből elporlasz-tunk egy meghatározott vastagságot, és készítünk egy képet az így kialakult új keresztmetszetről, aztán ismét por-lasztunk, majd képet készítünk. Ezt az eljárást Slice ’n’ View-nak nevezzük, a kezdeti paraméterek megadása után egy program automatikusan elvégzi a szeletelést és képkészítést. n · 10µm3-es térfogat ilyen, 3D-s feltérképezéséhez kb. egy éjszaka szükséges.

Transzmissziós elektronmikros-zkópos (TEM) vizsgálat esetén, a min-tát az elektronnyaláb átvilágítja, ezért nagyon vékony mintára van szükség, ennek régi előkészítése hosszadalmas és körülményes. FIB-bel is lehetséges TEM vizsgálatra alkalmas mintát készíteni egyszerűbben és gyorsabban. Ekkor két bemetszést készítünk egymáshoz közel, és a köztük lévő maradék mintát egyre kisebb áramerősséggel vékonyítjuk. Ez lesz a TEM mintánk. Ha elég vékony (<100 nm) a minta, egy nagyon vékony tűt (Omniprobe nanomanipulátor) hozzáéri-ntünk, és szénnel hozzáforrasztjuk. A mintát FIB-bel kivágjuk, a tűvel kiemeljük és a TEM mintatartóra forrasztjuk.

Mikropillárokat is FIB-es meg-munkálással készítettünk, réz egykris-tályt porlasztottunk körgyűrű maszk mentén. A porlasztást több lépésben végeztük. Minél nagyobb áramerősséget használunk, annál inkább széttart a nya-láb, a körgyűrű maszkon kívül is porlasz-

tani fog, ezzel roncsolva a pillárt. Viszont csökkenő áramerősséggel a porlasztás ideje növekszik. Egyre szűkülő körgyűrű maszkokat használtunk. A folyamat néhány kiragadott mozzanata látható az x. ábrán. Ez első képen a pillár számára kijelölt terület látható, illetve a körgyűrű maszk. A külső átmérő 15 µm, a belső 7 µm. A mélységet, a pillár magasságát úgy választottuk, hogy ne haladja meg a pillár átmérőjének négyszeresét. 3 µm átmérőjű pillárokat készítettünk, így a mélység maximum 12 µm lehetett.

A második, felülnézeti ábrán látható, hogy a nagyobb áramerősséggel végzett porlasztás után, a pillár for-mája nem henger, hanem kissé kúpos. Kisebb áramerősséget kellett válasz-tani, és a két körgyűrű átmérőjét egyre csökkenteni, amíg a jobboldali ábrán látható 3 µm átmérőjű, henger alakú pillár el nem készült.

Miután sok pillárt sikerült kifarag-nunk, a következő lépés az egytengelyű

összenyomás elvégzése. Ehhez, az ELTE-n található UMIS típusú nanoindentert használjuk. Ez a műszer szervomotoros és piezoelektromos érzékelőkkel van fel-szerelve a mintatartó tálca mozgatásá-hoz. A tálcát két bázispont között tudjuk mozgatni. Az egyik neve „Indenter” a másiké „AFM” (atomerő mikroszkóp is csatlakoztatható a géphez). Az „AFM” állásra föl van szerelve egy 5 MPixeles digitális CCD kamera. A kamera koaxiális megvilágítással egy 100x-os nagyítású objektívlencsével készít képet a mintá-ról. Ezzel a mikroszkóppal keressük meg a pillárokat, amelyek átmérője a hajszál átmérőjének 20-ad része. A kamera fel-bontása az optikailag lehetséges legjobb felbontást súrolja.

Az „Indenter” állásban található az összenyomó fej, amely gyémánt végű, csonka kúp alakú, 4 µm végátmérővel.

Az összenyomást erőérzékelők figyelik. A gép megkeresi a minta felszínét és egy előre megadott erőig emeli a nyomóerő nagyságát, majd visszaterhel. Így klasszi-kus indentációs görbét kapunk, ha egye-nes felületre nyomunk.

Mikropillárt téve az összenyomó fej alá, hosszú tökéletesítések után tudtuk az első sikeresnek mondott összenyo-mást elvégezni. Az így kapott görbéken sikerült 1-2 lépcsőt megfigyelni, amelyek elég nagyok voltak. Látható a 3. ábra gra-fikonján egy kinagyított rész, amely az elektronika hibáját ábrázolja. Ez 0.001 µm, amelynél egy nagyságrenddel nagyobb ugrást a görbén már lépcsőnek tekint-hetünk.

A mérések során azt tapasztaltuk, hogy a lépcsők eloszlása egy jól defini-ált átlag körül mozog. Egyéb statisztikai paraméternek is ezt az értéket kaptuk, így lehetőség volt, a folyáshatár definí-ciójának megújítására, amelyet a görbék átlaga már megad. Tehát, kis méretekben egyetlen mérésből nem tudjuk meghatá-rozni ezt az egyszerű anyagi paramétert, több mérés átlagolására van szükség.

További kutatások célja, más anya-gokon is belátni az elmélet helyességét és megállapítani a pillárok átmérőjének és a lépcsőkből következő statisztikai szórás kapcsolatát. A SEM/FIB rendszer lehe-tőségeit tovább bővítve megépíthető egy in situ összenyomó berendezés, amely a vákuumkamrán belül képes a kísérle-tet végrehajtani. A mikroszkópba szerelt Omniprobe nanomanipulátorral vákuum alatt mozgatjuk a mintát. A külső sérülé-seket nagymértékben ki tudjuk zárni, és még kisebb mintákon mérve az effektus még erőteljesebbnek mutatkozik. A szá-mítógépek által vizsgált tartomány és a kísérleti méretek egyre nagyobb átfedé-sével új kutatási terület nyílik a mikro- és nanomechanika és a nanoelektronika felé.

Hegyi Ádám IstvánRatter Kitti3. ÁBRA: UMIS NANOINDENTER

4. ÁBRA: EGY ÖSSZENYOMOTT MIKROPILLÁR

5. ÁBRA: CU EGYKRISTÁLYON KIFA-RAGOTT MIKROPILLÁR-SEREG

4315_tudnyuz_05.indd 15 2012.01.09. 11:33:21

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám16A muzsika hangjaZenei terápiák autista gyerekek fejlesztésére

Az autizmus elsősorban a szociális, kommunikációs és kognitív készségek zavarában megmutatkozó idegrendszeri fejlődési zavar. Mivel súlyosság tekintetében több szintje fordul elő az említett képességek teljes hiányától a „majdnem normálisig”, ezért autisz-tikus spektrumzavarként definiálják.

A spektrum mentén megjele-nő közös tünetek a kölcsönös társas viselkedés és a kommunikáció zava-ra, illetve a rugalmatlan érdeklődés és viselkedés. A fejlődési rendellenes-ségek hátterében változatos genetikai okok állnak. A betegség kifejlődését a környezet és a nevelési körülmények nem befolyásolják. A tünetek minden esetben megjelennek a harmadik élet-év előtt. A betegség genetikai és neu-rológiai okai csak részben ismertek, hatékony gyógyszeres kezelés nem áll rendelkezésre, és lévén, hogy a legtöbb esetben az idegrendszeri zavarok a születés előtt jelentkeznek, lehetséges, hogy ilyet a későbbiekben sem sikerül kifejleszteni. Különböző pszichoterá-piás módszerekkel azonban meglepő eredmények érhetőek el. Különösen divatos az utóbbi időben a zenei terá-piák alkalmazása.

AZ AUTIZMUSRÓL BŐVEBBEN: NE-UROLÓGIAI ÉS GENETIKAI HÁTTÉR

Az autisztikus spektrumzavar egy átható, de egyben specifikus idegrend-szeri fejlődési zavar. Az érintett agyi területeknek szerepük van a szociális viselkedés, a kommunikáció és a moto-ros képességek fejlődésében. Összes-ségében elmondható, hogy az autisztikus spektrumzavar az agykérgi idegsejtek rendelle-nes fejlődésére és kapcsolat-rendszerére vezethető vissza, és zavart okoz az információ feldolgozásában. Genetikailag is összetett okokra vezethető vissza az autizmus kialakulá-sa. Eddig még nem azonosítot-tak általánosan jellemző fak-torokat, illetve géneket. Eddig két gén hibáját hozták kapcso-latba az autizmus kialakulá-sával. Ezek olyan fehérjéket kódolnak, amelyeknek fontos szerepük van a neuronok kapcsolódásában.1

MIÉRT A ZENE?

A zenének, illetve a zeneiségnek feltételezhetően jelentős szerepe volt a nyelv és ezáltal a hatékony kommu-nikáció kialakulásában. Az életmód átalakulása és az anatómiai változá-sok kölcsönösen hatottak egymásra. A szavannákon való élet szükségessé tette a nagy csoportok létrejöttét, ami-nek következménye volt a szociális kapcsolatok megváltozása: a nagy cso-portokban a kurkászás szintű szociali-záció, már csak annak időigényessége folytán sem volt megfelelő. Szerepét átvette az irodalomban „vokális kur-kászás”-nak titulált jelenség, azaz a hangadással kapcsolatos kapcsolatte-remtés. Ez egyben változatosabb is, hiszen a hangmagasság, a hangnem és a ritmus egyaránt variálható benne. A táplálkozás megváltozása következté-ben átalakult a szájüreg felépítése, ami szintén befolyásolhatta a hangképzést. A két lábon járás olyan anatómiai vál-tozásokat eredményezett, amelyek alapvető feltételei voltak a beszéd, illetve az éneklés képességének kiala-kulásában. Ilyen változások például a gégefő lejjebb kerülése és a légzési kontroll megnövekedése. A két lábon járással átalakult a medence is. A kes-

keny medence megnehezíti a nagy fejtérfogatú utódok világra hozását. A gyerme-kek védtelenül jöttek világ-ra, aminek következtében az anya–gyermek kapcsolatnak erősödnie kellett. Ez elősegí-tette a dajkabeszéd kialakulá-sát. A humán populációk szét-terjedése az új élőhelyek kör-nyezeti hangjainak, például a különböző madárénekeknek a megismerését és utánzását tette lehetővé. A kommuniká-ció fontos volt a vadászatban

is, ennek okán jelenhettek meg a zenei rituálék, amik lehetővé tették az érzel-

mek kifejezését és a csoportidentitás erősítését.

A beszéd megjelenése előtt létezhe-tett egy úgynevezett proto-zenei nyelv, ami lényegében egyfajta hümmögés-ként képzelhető el. Ez elsősorban a hangmagasság, a ritmus és hangnem változtatásán alapult. Ez a proto-zenei nyelv frázikus lehetett, azaz inkább frázisokat, motívumokat tartalmazott, mint szavakat. Ez inkább jellemző a zenére, mint a beszédre. Valószínű-leg célja sem az információátadás volt, hanem a társak viselkedésének befo-lyásolása. Igénybe vette a testbeszé-det is és nagy arányban tartalmazott a környezetből átvett hangokat. Felté-telezhetően ilyen nyelvet használtak a neandervölgyi emberek is.

Ebből a „hümmögő” nyelvből ágazhatott szét a nyelvtani szabályokra épülő modern nyelv és a zene. A zene adaptációs szerepe a nyelv megjelené-sével lecsökkent, megmaradt azonban mint az érzelmek és a csoportidentitás kifejezésének eszköze.2

Látható tehát, hogy a zeneiségnek az evolúció során jelentős szerepe volt, illetve kihathatott az anatómiai fejlő-désre is. A zene érzékelésére, feldol-gozására és a zenei hangok kiadására való képesség ősi, elsősorban a szoci-alizációban szerepet játszó adaptáció. Nem véletlen tehát, hogy a zenei terá-piák olyan divatosak manapság. Egy olyan, az egész személyiségre kiterjedő fejlődési zavarra, mint az autizmus – amelynek fő tünete a kölcsönös szoci-ális interakciókra való teljes vagy rész-leges képtelenség – a „zenei beavatko-zásoknak” pozitív hatása lehet.

A KAPCSOLT FIGYELEM ÉS AZIMPROVIZÁCIÓ

A „kapcsolt figyelem” (a szakiro-dalomban joint attention) a figyelem szociális koordinálását jelenti egy másik személlyel és egy harmadik

4315_tudnyuz_05.indd 16 2012.01.09. 11:33:21

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 17objektummal kapcsolatban. Tipikus példája amikor a partner rámutat egy tárgyra és követjük tekintetünkkel az irányt. Ennek a képességnek a fejlő-désében az autista gyerekek két éves koruk környékén már komoly lema-radást mutatnak. Ez fontos lehet az autizmus korai diagnosztizálásában. A kapcsolt figyelem rendkívül fontos a tanulás folyamatában és a kommuniká-ció, a beszéd kialakulásában is.3

Iskolás kor előtt lévő autista gyere-keken vizsgálták improvizációs zenei terápia hatását a kapcsolt figyelemre. A tanulmányban különböző súlyos-ságú autizmussal élő gyerekek vettek részt. A kísérlet 12 hétig tartott, heti 30 perc hangszeres zenei terápiából állt, amelynek első felében a gyermek sza-badon játszhatott. A második 15 perc-ben a terapeuta irányította a játékát. A kontrollt hasonló körülmények között folytatott játékterápia adta.

A terápia pozitívan hatott a vizs-gálatban résztvevő gyerekek kapcsolt figyelmének fejlődésére. Ilyen hatás volt például, hogy megnövekedett a spontán szemkontaktus felvétele, illet-ve annak fenntartása. Néhány beszéd-képtelen gyerek esetén megindult a beszéd fejlődése. Az elért eredmények azonban nem voltak egységesek.4

ZENÉS TÖRTÉNETEK

Bevett terápiás módszer az autisz-tikus spektrumzavarban szenvedők szociális képességeinek javítására az úgynevezett „szociális történetek” használata. Ezek a történetek egy min-dennapi szituációt írnak le a gyerek szemszögéből. Egy példa:

Ha elmegyünk a cipőboltba, ott sok cipő lesz, amelyek közül választani lehet.

Lehet, hogy nem fogom tudni, melyik cipőt szeretném.

Ez mindenkivel előfordul.Nyugodt tudok maradni, amíg döntök.Ha döntöttem a cipőről, elmondom a

felnőttnek, aki velem van.A felnőtt megveszi nekem a cipőt.Ezek a történetek segítenek a

gyerekeknek feldolgozni és megérte-ni a napi rutinban bekövetkezett vál-tozásokat, vagy az esetleges hasonló jellegű szociális szituációkat. A szo-ciális történetek általában szöveges vagy képkártyás formában kerülnek átadásra, és bizonyítottan használnak a fejlődésben. Történtek vizsgálatok azzal kapcsolatban, hogy hogyan hat

a hatékonyságra, ha a történetet nem olvastatják, hanem elénekeltetik a gyerekekkel. A vizsgálatban beszéd-képes általános iskolás autista gyere-kek vettek részt. A történetekhez írt dallamok egyedileg lettek komponál-va minden esetben. A terápia során felváltva használták a hagyományos és az éneklős módszert. A vizsgálat eredménye azt mutatta, hogy a zenei adaptáció legalább olyan hatékony, mint a hagyományos, eltérést azonban nem sikerült kimutatni. Ennél jelentő-sebb eredményt jelent, hogy az egyik fiú a megtanult történet részleteit egy másik zenei terápián, ahol hangszeren játszottak, spontán elkezdte énekelni.

Ennek a jelenségnek a vizsgálata fontos lehet, hiszen a gyakorlatban a szoci-ális szituációkban az egyik akadályt a tanultak előhívása jelenti. A terápia módosítható például gyermekdalokból ismert dallamok alkalmazásával. Ez megkönnyítheti az előhívást.5

DALOK A REGGELI RUTINBAN

A csoportterápiás programokon nem csak autista gyerekeknél jelent sokszor problémát az osztályba való megérkezés reggelente. Sok gyerek sírásban tör ki és toporzékol, ami a csoporttársakból is gyakran hasonló viselkedést vált ki. Az autista gye-rekek ráadásul nem értik az olyan szimbolikus jeleket, mint például az integetés, amelyek segíthetnének az elválásban. Ezt a problémát próbál-ták kiküszöbölni a reggeli megérke-zés rutinjához kapcsolt dalokkal. A gyerekeknek saját, személyiségükhöz illő dalt írtak, amelyet a megérkezés-kor játszottak el. Korábban miután a szülő bekísérte a gyermeket, feliratos képek segítségével hozták a búcsút a gyerek tudomására. Hasonló módon szólították fel a többiek üdvözlésére és arra, hogy csatlakozzon a többiekhez a játékban. Ezt váltotta fel a szemé-lyes dal lejátszása, melynek szövege tartalmazta az „instrukciókat”. A terá-

piát két három év körüli, beszédben limitált fiún alkalmazták. Az egyik fiú esetében a módszer hatásos volt, míg a másik fiúnál nem sikerült javulást elérni.6

ÖSSZEFOGLALÁS

Az autisztikus spektrumzavar legjellemzőbb sajátsága a kölcsönös kommunikáció, illetve a kölcsönös szociális interakciók hiánya, illetve zavara. Az autizmus súlyosabb ese-teiben terápiás kezeléssel érhetőek el eredmények. Az idegrendszer – főleg gyermekkorban – rendkívül plaszti-kus, tanulással még atipikus fejlődés esetén is javítható működése. A köl-csönös kommunikáció azonban rend-kívül fontos a tanítás-tanulás kettős folyamatában is. A ritmus és így a zene szociális szinkronizációs szere-pe segítheti a terápiás hatékonyságot. Teljes gyógyulás ezekkel a módsze-rekkel, tekintve az autizmus össze-tett genetikai és fejlődéstani hátterét, nyilvánvalóan nem érhető el, de az életminőség kisebb-nagyobb mértékű javulása jelentősen megkönnyítheti mind a beteg, mind a szülők helyze-tét. A betegség korai diagnosztizálása fontos, hiszen kisgyermekkorban jobb eredmények érhetőek el. Zenei terápi-ákkal alkalmazásával, illetve zenei és a hagyományos módszerek ötvözésével sok esetben jelentősebb fejlődés érhető el, azonban a terület még viszonylag gyerekcipőben jár, további kutatások szükségesek.

SzJE

IRODALOMJEGYZÉK:1 Robert T. Schulz; David S. Mandell; Susan E. Levy.

Lancet, 2009.2 Steven Mithen. Annals of the New York Academy of

Sciences, 1169:3_12, 2009.3 Fabienne B. A. Naber;Marian J. Bakermans-Kranenburg;

Marinus H. van IJzendoorn;

Claudine Dietz; Emma va Daalen; Sophie H. N. Swinkels;

Jan K. Buitelaar; Herman

van Engeland. European Child and Adolescent Psychiatry,

17(3):143_152, 2008.4 Jinah Kim; Tony Wigram; Christian Gold. Journal of Autism

and Developmental Disorders, 38(9):1758_1766, 2008.5 Mike D. Brownell. Journal of Music Therapy, 39(2):

117_144, 2002.6 Petra Kern; Mark Wolery; David Aldridge. Journal of Autism

and Developmental Disorders, 37(7):1264_1271, 2007.

4315_tudnyuz_05.indd 17 2012.01.09. 11:33:22

43. félévfolyam 15. szám2012. január 11.

Tétékás Nyúz Tudományos különszám18Folytassa, Mengyelejev!A periódusos rendszer múltja, jelene és jövője a szupernehéz elemek tükrében

Bizonyára sokunk emlékezetében élénken él még az általános és középiskolai kémia órák egyik állandó szereplője, a periódusos táblázat. Az elmúlt időszakban ez a nagyszerű „találmány” két új taggal bővült, magára irányítva ismét a civil és kutatói társadalom figyelmének reflektorfényeit.

Életünk minden pillanatában kö-rülvesznek minket a kémiai vegyü-letek, amelyek atomokból, elemekből épülnek fel. Az újabb és újabb alko-tóelemek felfedezésével az adott kor tudósai igyekeztek rendszert vinni az egyre jobban felhalmozódó isme-retanyagba és különböző tapasztalati szempontok alapján csoportok alko-tásába kezdtek, így megszülettek a félfémek, fémek és nemfémek.

TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS

Az első komolyabb összefüggé-seket Johann Wolfgang Döbereiner német kémikus fedezte fel 1828-ban, aki az atomtömegek közötti kapcsola-tok alapján az elemeket hármas csopor-tokba, úgynevezett triádokba sorolta.

Pár évvel később az angol John Newlands észrevette, hogy az eleme-ket sorba állítva minden nyolcadik hasonló tulajdonságot mutat, megal-kotva az oktávok törvényét.

Az igazi áttörés azonban 1869-ben következett be, amikor Dmitrij Mengyelejev orosz kémiaprofesszor

és Lothar Meyer német kémikus egy-szerre, de egymástól függetlenül, az elemeket az atomtömegük szerint táb-lázatba helyezte.

A sors véletlen egybeesése, hogy mindketten Robert Bunsen tanítványai voltak Heidelberg városában. A főcél egy olyan rendszer megalkotása volt, amely jól mutatja az elemek tulaj-donságai között visszatérő jellegzetes-ségeket.

Meyer érdeme abban rejlett, hogy felismerte a periodikus viselkedést, ám ő ezt kizárólag az atomtérfogat számlájára írta.Mengyelejev más meg-közelítés felé indult el és az atomsúlyt tekintette releváns tényezőnek.

A PERIÓDUSOS RENDSZER

Az addig ismert 60 elem közül néhányat a sorrendtől eltérően helye-zett el, hogy tulajdonságaik megfele-lőbben igazodjanak a szomszédjai-kéhoz, azonban ezek után sem volt tökéletesen precíz a táblázat.

Ekkor úgy döntött, üres helyeket hagy benne és megjósolja az ezekre kerülő atomok tulajdonságait és töme-gét. Az ismeretlen elemeket az eka- előnévvel jelölte.

Az általa kidolgozott rendszert rengeteg támadás érte, sokan a misz-ticizmus lenéző jelzőjével illették az elgondolást. A kétkedőket a rejtélyes „eka-Al”, mai nevén gallium (Ga) 1875-ös felfedezése győzte meg, ami pontosan a Mengyelejev által megjö-vendölt tulajdonságokat mutatta.

Az elemeket az atommagban je-lenlévő protonok alapján (rendszám) Henry G. Moseley angol fizikus ren-dezte sorba 1914-ben. Mengyelejev munkásságát az utókor már méltó módon honorálta, beválasztották egyetlen oroszként a 12 legnagyobb tudós közé.

ROHAMOS FEJLŐDÉS

A 20. század beköszöntével a kémia tudománya nagy ugrást hajtott végre, felfedezték a korábban nem ismert elektronszerkezetet, amely-nek köszönhetően bebizonyosodott, hogy az elemek periodikus változá-sának valódi oka a növekvő atomtö-meg helyett a rendszám és az atomok elektronkonfigurációjának, azaz az elektronok elrendeződésének módo-sulásában keresendő.

A periódusos rendszer felfedezé-sének idején az ismert elemek szá-ma csekély volt, mind a nemesgázok, mind a 6. periódus lantanidái és a 7. periódus tagjai ismeretlenek voltak. Ma már azonban közel kétszer annyi elemet találunk a táblázatban, a koráb-ban még nem ismert csoportokkal és periódusokkal együtt.

A SZUPERNEHÉZ ELEMEKRŐL

2011. december 5-én a kémiku-sok nemzetközi szervezete két új szu-pernehéz (transzaktinoida) elemmel bővítette a periódusos táblázat népes tagjainak számát.

A fleroviumot és livermoriumot még 2004-ben, illetve 2006-ban hoz-ták létre a Lawrence Livermore Nem-zeti Laboratórium (Kalifornia, Egye-sült Államok) és az Egyesített Atom-kutató Intézet (Dubna, Oroszország) munkatársai.

A szupernehéz elemek földi körül-mények között a természetben nem találhatóak meg, magfúzióval a csilla-gok belsejében születnek, illetve szin-tetikusan hozzák létre nagy energiájú

LOTHAR MEYER

DMITRIJ IVANOVICS MENGYELEJEV

4315_tudnyuz_05.indd 18 2012.01.09. 11:33:22

TétékásNyúz

Tétékás Nyúz Tudományos különszám 19atomok ütköztetésével részecskegyor-sítóban. Rendszámuk 104 és 118 között mozoghat, de közéjük soroljuk a jelen-leg még nem ismert 119-es és 120-as rendszámú elemet is.

A radzerfordium a legalacsonyabbprotonszámú transzaktinoid elem, először a szovjetek hozták létre 1966-ban, majd ezt 1973-ban az amerikaiak megismételték. Jellemző volt az akko-ri hidegháborús viszonyokra, hogy az elem elnevezésén a két kutatócsapat hajba kapott.

A vita végére 1997-ben az IUPAC (Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetkö-zi Uniója) tett pontot az amerikai tudósok által javasolt megnevezés elfogadásával.

ELKÉPZELÉSEK A JÖVŐRŐL

A szupernehéz elemeket korábban szokatlanul rövid felezési idejű radio-aktív részecskéknek hitték. A modern fizika szerint azonban az atommag héj-szerkezete lehetőséget biztosít hosszú felezési idejű szupernehéz elemeknek is. Ezek a stabilitási szigeteken találhatók.

Mivel rendkívül kevés keletkezik belőlük és nagyon hamar szétesnek, nagy nehézséget igényel az észlelésük, ráadásul előállításuk komoly összege-ket emészt fel, ezért a tudomány jelen-legi állása szerint a gyakorlati haszno-sítás elképzelhetetlen.

Kutatásukkal kilenc európai és egy ázsiai laboratóriumból álló szervezet, az SHE Laboratory hálózata foglalkozik.

Természetesen az élet a transzak-tinoidáknál sem áll meg, a tudósok már a 121-es rendszám feletti elemek, a szu-peraktinoidák létrehozásának elméleti lehetőségeivel foglalkoznak.

Ebből is látszik, hogy a táblázat még tovább bővíthető és ennek a progresszív folyamatnak az egyetlen gátját a technikai korlátok jelentik. Az emberi leleményességet és oltha-tatlan tudásszomjat ismerve azon-ban a korlátok áttörése már csak idő kérdése.

Stvorecz Adrián

A nyerő 21Játssz értékes nyereményekért a Tétékás Nyúz Tudományos különszámával!

Tudományos különszámunkban rendhagyó rejtvénnyel ked-veskedtünk nektek, hogy felfrissítsük a januári vizsgák során megfáradt agytekervényeiteket. A játék nehézsége miatt a bekül-dők között a szokásos csokik helyett értékes tárgynyereménye-ket sorsolunk ki!

A kezetekben tartott kiadvány minden cikkét alaposan olvassátok el, ezekben szinte az összes választ meg-lelhetitek, de ne aggódjatok, a többi is megválaszolható rövid internetes kutakodás után.

Megfejtéseiteket a foszerkeszto@ttkhok.elte.hu e-mail címre küldjétek január 31-ig. A legalább 17 helyes választ beküldők között az alábbi nye-reményeket sorsoljuk ki: 1. díj: Krysis társasjáték, illetve Brett Harrison: Édentől nyugatra és Ken MacLeod: Kozmonauták vára című könyvei;2. díj: Brett Harrison: Fagyos éden és Clive Barker: Abarat című könyvei; 3. díj: Robert Ferrigno: Ima egy bér-gyilkosért című könyve. A nyerteseket e-mailben értesítjük.

Jó játékot és sikeres vizsgaidőszakot kíván a Tétékás Nyúz szerkesztősége!

1) Melyik városban található az Egészség-ügyi Világszervezet (WHO) központja?

2) Honnan került Európába a parlagfű?

3) Melyik Oscar-díjas filmben játszott Dustin Hoffmann autista karaktert?

4) Ki találta fel a tépőzárt?

5) Mi az MRSA baktérium köznapi neve?

6) Mit jelent a kapcsolt figyelem?

7) Mit takarnak a FIB és a SEM rövi-dítések?

8) Mióta árulnak mikrohullámú sütőt?

9) Melyek a horizontális géntranszfer típusai?

10) Mely rendszámok közötti kémiai elemek a transzaktinoidák?

11) Miért veszélyes a kínai razbóra?

12) Melyik kémiai elem felfedezése iga-zolta Mengyelejev periódusos rend-szerét?

13) Mit jelent magyarul az olasz erede-tű travertínó szó?

14) Hány °C a teflon olvadáspontja?

15) Hogyan lehet védekezni a spanyol csupaszcsiga és a barna nagy csupasz-csiga elterjedése ellen?

16) Melyik baktérium vizsgálata során fedezte fel Sir Alexander Fleming a penicillint?

17) Milyen mészkövet használtak fel a Parlament borításához?

18) Miért a bőröndhal alakjáról formáz-ta egyik autóját a Mercedes?

19) Mit jelent a diszlokáció kifejezés?

20) Mi a volfrám rendszáma és vegy-jele?

21) Ki és mikor szabadalmaztatta a gumi vulkanizálásának eljárását?

4315_tudnyuz_05.indd 19 2012.01.09. 11:33:23

4315_tudnyuz_05.indd 20 2012.01.09. 11:33:27