Grantová agentura ČR vyhlašuje veřejnou soutěž na podporu grantových projektů excelence v základním výzkumu EXPRO s předpokládaným počátkem řešení v roce 2019.
Soutěžní lhůta začíná 15. 5. 2018.
Návrhy projektů je možné podávat do 28. 6. 2018.
Zadávací dokumentace pro EXPRO projekty a formuláře čestných prohlášení k prokázání způsobilosti naleznete níže v příloze, nebo v záložce “Dokumenty“.
Vstup do aplikace pro podávání návrhů projektů
V případě jakýchkoliv dotazů se neváhejte obrátit na pracovníky našeho Helpdesku GAČR písemně / (expro@gacr.cz) nebo telefonicky v úředních hodinách na tel. č. 227 088 803.
Vyhlášení veřejné soutěže pro EXPRO projekty
Zadávací dokumentace pro EXPRO projekty s počátkem řešení v roce 2019
Tender document for EXPRO projects 2019 – English version
EXPRO oborové komise
EXPRO discipline committees
Čestné prohlášení uchazeče – právnické osoby
Čestné prohlášení uchazeče jako právnické osoby (podle zákona č. 218/2000 Sb.)
Možnost zobrazit jednotlivé molekuly na površích pevných látek se sub molekulárním rozlišením či jejich elektrostatický potenciál zůstával po dlouhá léta nenaplněnou výzvou. Změnu přinesl až výzkum odborníků z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR pod vedením Doc. Ing. Pavla Jelínka, Ph.D., který na svůj vědecký výzkum využil finance z Grantové agentury České republiky.
Mikroskop atomárních sil s flexibilní částicí na konci hrotu
Technika řádkové mikroskopie umožňuje standardně dosáhnout atomárního rozlišení povrchů pevných látek. Avšak dosažení atomárního (chemického) rozlišení molekul nebylo možné, což výrazně limitovalo možnosti výzkumu molekul pomocí řádkových mikroskopů. Nicméně poslední vývoj techniky umožnil zobrazit chemickou strukturu jednotlivých molekul na povrchu pevné látky.
Klíčem k dosažení sub molekulárního kontrastu je umístění právě jedné molekuly (např. oxidu uhelnatého) či atomu vzácných plynů na vrchol kovového hrotu. Doposud byl hlavní překážkou pro dosažení sub molekulárního kontrastu relativně slabý detekovaný signál vůči šumu měřícího přístroje. Právě přítomnost flexibilní částice na konci hrotu má za následek výrazné zesílení signálu, které umožňuje dosáhnout vysokého rozlišení. Tato nová technika zobrazení jednotlivých molekul otevírá zcela nové možnosti při studiu fyzikálních a chemických vlastností molekulárních nanostruktur. K vývoji této progresivní techniky zásadním způsobem přispěli čeští vědci z Fyzikálního ústavu s podporou grantových prostředků GAČR. Vědci vyvinuli ucelenou teorii popisující fyzikální mechanismus umožňující sub molekulární kontrastu pomocí rastrovacích mikroskopů, která je dnes vědeckou komunitou obecně považována za standartní teorii rastrovací mikroskopie s vysokým rozlišením. Na základě této teorie čeští vědci vyvinuli zcela nový přístup simulace obrázků rastrovacích mikroskopů s vysokým rozlišením. Tento model přispěl zásadním způsobem k porozumění těmto obrázkům a dalšímu rozvoji této progresivní techniky. Není tedy divu, že je tento program v současné době využíván vědeckými skupinami po celém světě.
Přímé měření elektrostatického pole
Dalším významným počinem bylo prokázaní možnosti zobrazení rozložení elektrostatického pole jednotlivých molekul pomocí této techniky. Původní teorie mimo jiné poukázala na zásadní vliv elektrostatického pole na sub molekulární kontrast. Zahrnutí elektrostatické síly působící mezi hrotem a molekulou na povrchu významně posunulo nejen naše chápání mechanismu sub molekulárního rozlišení v rastrovacích mikroskopech, ale také možnosti zobrazení elektrostatického potenciálu jednotlivých molekul.
Elektrostatické pole kolem molekuly z velké části určuje její chování, např. ovlivňuje preferovaná místa v molekule, kde dochází k chemickým reakcím s jinými sloučeninami. Toto pole má také zásadní význam při samoorganizačních procesech jednotlivých molekul vytvářejících tzv. supramolekuly (např. DNA), které mají velký význam v biologii a organické chemii. Možnost přímého měření elektrostatického pole proto otevírá nové možnosti v oblasti materiálového výzkumu, fyziky, chemie a nanotechnologie.
Významný milník představuje také možnost dosažení sub molekulárního rozlišení při pokojové teplotě, kterou demonstrovali čeští vědci ve spolupráci s japonskými kolegy. Doposud byla měření prováděna výhradně při velmi nízké teplotě, blízké absolutní nule. Tento fakt výrazně limitoval použití této metody v podmínkách relevantních pro důležité chemické či biologické procesy, kdy je nezbytná např. pokojová teplota.
Přenos chirality v průběhu chemických reakcí
Právě díky využití nejnovějších metod skenovací hrotové mikroskopie vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR dokázali sledovat chemické přeměny jednotlivých molekul na povrchu stříbra a prokázali přenos chirality v průběhu těchto reakcí. Vědcům se podařilo zobrazit přeměny molekul v rozlišení, které dovoluje určit chemickou vazbu mezi jednotlivými atomy, a tak stanovit přesnou strukturu molekuly i její chiralitu.
Chiralita je geometrická vlastnost, kdy daný objekt (nejčastěji molekulu či iont) nelze ztotožnit s jeho zrcadlovým obrazem. Chiralita hraje klíčovou roli v přírodě a lze ji demonstrovat například na vztahu pravé a levé ruky, které nejsou identické z hlediska symetrie. S chiralitou se můžeme setkat při stereoselektivních reakcích, samoskladbě molekul, biologických procesech (jichž se účastní bílkoviny, nukleové kyseliny či polysacharidy), polarizaci světla či spinu elektronů. Kontrola chirality při chemických reakcích v roztoku, kdy cíleně vzniká pravo- či levotočivá forma molekul, patří k největším úspěchům organické chemie v uplynulém půlstoletí. Nicméně kontrola chirality na površích pevných látek byla nenaplněnou výzvou.
Metoda, která byla vyvinuta díky společnému úsilí výzkumníků z Fyzikálního ústavu AV ČR a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR pod vedením Dr. Pavla Jelínka a Dr. Ivo Starého umožňuje vytvářet rozsáhlé dvojrozměrné vrstvy molekul o zvolené chiralitě. Jedná se o první praktickou ukázku toho, kdy molekuly na povrchu pevné látky cíleně zaujímají buď pravo- nebo levotočivou orientaci. Čeští vědci dosáhli shodné chirality adsorbovaných molekul v celé monovrstvě, a to pomocí řízené termální transformace chirálních šroubovicových molekul, tzv. helicenů, na planární polyaromatické látky tvořící chirální adsorbáty na povrchu krystalu stříbra. Vědci navíc dokázali přesně popsat průběh vícestupňové chemické transformace molekul s využitím mikroskopu atomárních sil, který pracuje při teplotách blízkých absolutní nule a za podmínek ultra vysokého vakua.
Elektronegativita jednotlivých atomů
Tým Pavla Jelínka se také zabýval možností měření elektronegativity jednotlivých atomů pomocí řádkovacích mikroskopů. Vědci ještě donedávna dokázali určit elektronegativitu, tedy schopnost daného atomu reagovat s okolím a vytvářet chemické vazby, pouze pomocí technik, které pracovaly s velkým souborem atomů. Stanovit elektronegativitu daného atomu v závislosti na chemickém okolí dosud nebylo možné. Změnu přinesl až společný výzkum s japonskými badateli z Tokijské univerzity. Vědci vycházeli při svém výzkumu z experimentálního měření vazebných energií povrchových atomů, které byly podpořeny teoretickými výpočty. Studie následně umožnila navrhnout metodu, která ukazuje, jak chemické okolí ovlivňuje elektronegativitu daného atomu.
„Nová metoda dokáže pomocí mikroskopie atomárních sil nejen stanovit elektronegativitu daného atomu na povrchu pevné látky, ale je schopna určit i její závislost na chemickém okolí měřeného atomu. To dříve nebylo možné. Tyto znalosti nyní můžeme využít k cílenému řízení chemických reakcí, například v katalýze nebo biochemii,“ uvedl Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.
Jeho týmu se rovněž podařilo prokázat, že dosavadní údaje o elektronegativitě prvků platí pouze v případě izolovaných atomů. „Naše metoda umožňuje určit její změnu na základě chemického okolí atomu. Tím získáváme nový, komplexní pohled na elektronegativitu, a tudíž je třeba se trochu jinak dívat i na s ní související podstatu vazeb v chemických sloučeninách a na samotnou chemickou reaktivitu,“ vysvětlil Pavel Jelínek.
Podle něho se tak prokázala platnost rovnice nositele Nobelovy ceny Linuse Paulinga pro polární kovalentní vazbu z 30. let minulého století.
Sub molekulární rozlišení stejné molekuly pomocí dvou různých hrotů. Deformace kontrastu mezi jednotlivými obrázky je způsobena elektrostatickou silou mezi hrotem a molekulou, která umožňuje zpětnou rekonstrukci elektrostatického pole zkoumaných molekul.
Projekt Mgr. Pavla Němce, Ph.D., odhalil anatomickou podstatu inteligence ptáků, a rozluštil tak záhadu, proč jsou někteří ptáci pozoruhodně inteligentní, přestože mají malý mozek. „Inteligence některých ptáků je v některých aspektech dokonce srovnatelná s primáty,“ říká v rozhovoru Pavel Němec z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.
Proč jste si vybrali právě projekt evoluce komplexity a procesní kapacity mozku u ptáků?
K projektu jsme přišli celkem náhodou, když jsme narazili na práci jedné brazilské kolegyně, která vymyslela rychlou, levnou a efektivní metodu, jak počítat neurony a gliové buňky v celých mozcích. Ta spočívá v tom, že se celý mozek zhomogenizuje, a to tak, že se rozruší plazmatické membrány buněk nervového systému, získá se suspenze jader, které je možné specificky nabarvit a spočítat v nich všechny neurony. Tato metoda se jmenuje izotropická frakcionace a díky jsme schopni velice rychle, v řádu několika dnů, spočítat neurony v celém mozku či jeho hlavních částech a odhadnout i počty gliových buněk.
Vy jste tedy tuto metodu použili u ptáků. Na co jste přišli?
Výzkumy prováděné v posledním desetiletí ukazují, že jsou ptáci strašně chytří a že jsou v mnoha psychologických doménách srovnatelní třeba s lidoopy. Přitom jejich mozky jsou o hodně menší než třeba mozky primátů. Například největší mozek pěvce má 16 gramů a papouška zhruba 25 gramů, zatímco u některých inteligenčně srovnatelných savců se jedná o stovky gramů. Tudíž jsme pojali podezření, že to musí být miniaturizací, tedy že malé mozky ptáků skrývají velké množství výpočetních jednotek – neuronů. Zvolili jsme reprezentanty těch skupin ptáků, o kterých se obecně míní, že jsou nejchytřejší, tedy papoušků a pěvců. Tento vzorek jsme doplnili o vybrané druhy hrabavých ptáků, sov, běžců atd. U všech studovaných druhů jsme provedli odhady počtu neuronů a gliových buněk a pak skutečně potvrdili svou hypotézu: krkavcovití ptáci a papoušci mají ve svých mozcích velikosti oříšku počty neuronů srovnatelné s počtem neuronů primátů, a v některých případech dokonce i docela velkých opic, jejichž mozky jsou několikanásobně větší. To znamená, že výpočetní kapacita malých ptačích mozků je daleko vyšší než kapacita mozků mnohých savců.
Co z toho plyne?
V principu dvě věci. Zaprvé, paradox toho, že ptáci jsou tak chytří, a přitom mají malé mozky, je nyní snadno vysvětlitelný. Zadruhé, a to je důležitější, náš výzkum přesvědčivě ukázal, že ani relativní, ani absolutní velikost mozku není dobrým měřítkem kognitivních schopností. Škálovací pravidla pro různé skupiny, například pro řády savců či ptáků, jsou tak dramaticky odlišná, že je úplný nesmysl srovnávat třeba ptačí mozek s mozky savců a dělat z toho nějaké závěry o jejich kognitivních schopnostech. Tento tradiční přístup je třeba opustit.
Proč jsou vlastně papoušci a pěvci chytřejší než ostatní ptáci. Čím se jejich mozky liší?
Je to dáno hustotou neuronů. Zatímco u ptáků, jako jsou třeba hrabaví, s velikostí mozku klesá hustota neuronů, u papoušků a pěvců tomu tak není. Ti mají hustotu neuronů na velikosti mozku nezávislou. Podobnou situaci nalezneme i mezi savci, a sice u primátů. Naopak u ostatních savců, jako jsou třeba hlodavci, hustota neuronů s velikostí mozku rapidně klesá. Takže kdyby měl mít hlodavec hypoteticky 86 miliard neuronů, jako má lidský mozek, musel by jeho mozek vážit 36 kilogramů. Ty rozdíly jsou tedy obrovské.
Ptáci však mají 2–4krát vyšší hustoty neuronů než primáti. Navíc u pěvců, papoušků, ale třeba i u sov je naprostá většina neuronů uložena v koncovém mozku. Zajímavé ale je, že to neplatí u všech ptáků. U mnoha ptáků, například hrabavých, běžců nebo třeba holubů, je většina neuronů uložena v mozečku, tak jako je tomu u savců, včetně primátů. To znamená, že se v průběhu evoluce korunových skupin ptáků muselo něco dramatického stát, spekulujeme o tom, že musel existovat velký selekční tlak na zvýšení kognitivních schopností, který vyústil v enormní a selektivní rozvoj koncového mozku.
Kolik ptáků jste vlastně zkoumali?
Poměrně hodně, bylo to asi 100 druhů ptáků.
Váš výzkum tedy potvrdil, že nejchytřejšími ptáky jsou krkavcovití a papoušci. Které další druhy ptáků patří ještě k těm chytřejším?
Jsou to třeba sovy, i ty mají hodně neuronů. Ale mají velké množství neuronů ve strukturách, které primárně zabezpečují vidění. Docela velký počet neuronů mají třeba sýkory, například sýkorka koňadra má přibližně 230 milionů neuronů, to je 3krát více než myš a přibližně o 30 milionů neuronů více než podstatně větší slepice.
Dokážou ti nejchytřejší ptáci svou inteligenci nějak využít v přírodě? Tedy zjednodušeně řečeno, umí svůj mozek používat?
Určitě, existuje velké množství behaviorálních dat dokládajících, že používají nástroje, jsou schopni odhadnout, co si myslí jejich potenciální kompetitor, řešit problémy vhledem, plánovat do budoucna a dělat spoustu věcí, co jiní ptáci neumí. Ti nejchytřejší ptáci jsou zkrátka chytří jako opice.
Papoušek se dožívá poměrně vysokého věku. Může jeho dlouhověkost souviset s jeho inteligencí?
Ano, může. Mozek je vlastně strašně drahý energeticky i časově, dlouho zraje a musí se pak dlouho učit, aby se dostal do plně funkčního stavu. Velký mozek je tedy obrovská investice a vyplatí se těm zvířatům, která žijí dlouho.
Předpokládám, že váš výzkum měl velký ohlas v zahraničí?
Ano, referovalo o něm celosvětově mnoho médií a publikační výstupy jsou citované.
