Ve druhém díle seriálu o vysoce výběrových projektech JUNIOR STAR představujeme další čtyři začínající vědkyně a vědce a jejich projekty, které řeší od začátku letošního roku. O dalších podpořených projektech se můžete dozvědět v prvním díle tohoto seriálu.
Granty JUNIOR STAR jsou určeny pro začínající vědce, kteří dokončili doktorské studium před méně něž osmi lety a zároveň již působili v zahraničí a publikovali v odborných časopisech. Soutěž nabízí nadstandardní financování ve výši až 25 milionů Kč v rámci pětileté doby řešení projektu. Tím řešitelům umožnuje založit si vlastní vědecký tým a věnovat se vlastním výzkumným tématům.
Na míru šité nízko-dimenzionální vrstevnaté materiály za hranicí grafenu a jejich využití v základním výzkumu heterogenních katalyzátorů
Ing. Martin Veselý, Ph.D., Fakulta chemické technologie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Projekt má potenciál významně přispět k produkci chemických látek potřebných k našemu životu bez zbytečné ekologické zátěže.“
Katalyzátory zvyšují rychlost chemické reakce tím, že snižují aktivační energii potřebnou k dosažení reakce. Tímto způsobem umožňují reakcím probíhat rychleji nebo za podmínek, které jsou výhodnější jak z pohledu průmyslové realizace (teplota, tlak), tak z pohledu chemické rovnováhy u vratných reakcí. Cílem projektu JUNIOR STAR doktora Veselého je zjistit, jaký vliv mají úpravy 2D materiálu, který funguje jako katalytický nosič, na katalytickou aktivitu kovových nanočástic nanesených na tento materiál. Projekt se dále zaměřuje na nové přístupy přípravy kovových nanočástic na povrchu 2D nosiče.
„Naším cílem je zjistit, co se děje s takto vytvořeným katalyzátorem, když pracuje – tedy jak se mění jeho morfologie, struktura a i samotná katalytická aktivita v čase. Dále budeme zkoušet nové přístupy přípravy kovových nanočástic na povrchu 2D nosiče pomocí litografických metod. Na těchto speciálně připravených materiálech otestujeme sérii modelových heterogenně katalyzovaných reakcí,“ vysvětluje řešitel projektu Martin Veselý.
Kromě klasických metod pro charakterizaci struktury, morfologie nebo složení materiálů bude v rámci projektu využita také super-rezoluční fluorescenční mikroskopie umožňující sledovat prostorově a časově rozlišitelnou katalytickou aktivitu – tedy v čase detekovat jednotlivé reakční obraty na konkrétním místě katalyzátoru.
Vědecký tým plánuje při řešení projektu spolupracovat se svými švýcarskými protějšky z vysoké technické školy ETH Curych.
Projekt by mohl pomoci navrhnout takové heterogenní katalyzátory, které při chemické přeměně maximalizují zisk žádaného produktu a v nejvyšší možné míře naopak omezují vznik nežádoucích produktů, které jsou často odpadem s ekologickou zátěží. Zároveň takové katalyzátory umožní reakci proběhnout i za průmyslově snadno dosažitelných teplot.
Ing. Martin Veselý, Ph.D.
Zdánlivá přesnost v meta-analýze společenskovědního výzkumu (METASPUR)
doc. PhDr. Zuzana Iršová Havránková, Ph.D., Fakulta sociálních věd, Univerzita Karlova
„Vyvíjíme novou meta-analytickou metodu, která zamezí zkreslení způsobenému použitím nominální přesnosti publikovaných studií.“
Meta-analýza je statistická metoda, která kombinuje výsledky více studií na stejné téma. Tím dochází ke sjednocení a analýze dat z různých zdrojů, čímž se dosahuje vyšší statistické síly a přesnosti. Meta-analýza tedy umožňuje získat celkový pohled na dané téma.
„Počet publikovaných vědeckých studií roste exponenciálně. Přesto zdaleka tolik neroste důraz, který je na vědu kladen při rozhodování o důležitých veřejných otázkách, tzv. evidence-based policy. Důvodem je, že řada vědeckých zjištění si navzájem odporuje. Metoda meta-analýzy, které se věnuji, umožňuje z rozlišných výsledků vydestilovat vědecký konsensus, a tedy i napomoci použití vědy v praxi,“ popisuje řešitelka projektu Zuzana Iršová Havránková.
V dnešní době je každoročně publikováno více než 100 tisíc meta-analýz v různých oblastech. Nicméně většina z nich vychází z metod, které byly vyvinuty pro lékařský výzkum, pro jehož účely meta-analýza původně vznikla. Pro jiné vědní obory, zejména společenské vědy, jsou tyto metody často nevhodné. Společenský výzkum vyžaduje specifické metody meta-analýzy, které by byly přizpůsobeny jeho charakteru. Například ve společenských vědách není možné automaticky přiřadit větší váhu výsledkům, které se jeví jako statisticky přesnější, tak jako je to obvyklé v lékařském výzkumu.
Cílem JUNIOR STAR projektu docentky Havránkové, která se mimo výzkumu věnuje i svým čtyřem dětem, je vyvinutí nové metody metaanalýzy, jež bude použitelná nejen ve společenských vědách, ale i v dalších oblastech, které se také zaměřují na jiný než experimentální výzkum.
doc. PhDr. Zuzana Iršová Havránková, Ph.D.
TOPFLIGHT: Plánování trajektorií a misí agilních vzdušných robotů v prostředí s překážkami
Ing. Robert Pěnička, Ph.D., Fakulta elektrotechnická, České vysoké učení technické v Praze
„Vyvíjíme vysoce autonomní drony, které by v budoucnu mohly konkurovat těm lidsky ovládaným.“
Drony jsou bezpilotní letadla, která mohou létat pomocí dálkového řízení, předprogramovaných letových plánů nebo díky složitým autonomním systémům. Právě jejich autonomním systémům létání se ve svém JUNIOR STAR projektu věnuje Robert Pěnička. Zaměřuje se především na výzkum algoritmů umožňujících rychlou autonomní navigaci dronů v prostředí s překážkami. Jeho cílem je posunout autonomii dronů na úroveň lidských pilotů tak, aby dokázaly létat i v neznámém prostředí velmi agilně a s vysokou rychlostí.
„Snažíme se zdokonalit drony ve třech hlavních bodech. Asi nejzásadnější je co nejrychlejší prohledání zadané oblasti. V případě více dronů je to kooperativní rozdělení prohledávané oblasti, aby došlo k co nejrozsáhlejšímu pokrytí daného území na výdrž jedné baterie. Druhým bodem výzkumu je plánování letu při vyhýbání se překážkám s minimálním prodloužením plánované trajektorie k cíli. A v posledním bodě se věnujeme snaze o co nejpřesnější průlet těchto trajektorií s využití maximálního tahu, který dron nabízí,“ vysvětluje řešitel projektu doktor Pěnička.
Samořiditelné drony mohou v budoucnu pomáhat například při skenování oblastí, monitorování požárem zasažených lesů nebo při vyhledávání osob v nebezpečných či nepřístupných terénech.
„Náš projekt propojuje staré dobré kutilství s elektronikou s výzkumem pokročilých algoritmů umělé inteligence. Právě tato kombinace mě na výzkumu nejvíce baví,“ dodává na konec doktor Pěnička.
Ing. Robert Pěnička, Ph.D.
Vývoj ab initio modelování pro neuspořádané molekulární polovodiče
doc. Ing. Ctirad Červinka, Ph.D., Fakulta chemicko-inženýrská, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Přispějeme k návrhům nových farmaceuticky relevantních látek či molekul s potenciálem pro polovodičové technologie.“
Vzájemné polohy molekul a síly, které mezi nimi působí, určují vlastnosti materiálu, jako jsou těkavost, hustota, pevnost, rozpustnost či elektrická vodivost. Současné superpočítače umožňují mezimolekulární interakce simulovat a na jejich základě zmíněné materiálové vlastnosti predikovat. Ctiradu Červinkovi se již podařilo pomocí kvantové chemie modelovat vlastnosti molekulárních krystalů s pravidelně uspořádanou strukturou, kde se jednotlivé molekuly v krystalické mřížce a jejich interakce opakují.
Ve svém novém JUNIOR STAR projektu si však docent Červinka dal mnohem ambicióznější cíl, a to modelovat molekulární interakce a jejich vliv na materiálové vlastnosti u látek amorfních — tedy látek, které nemají pravidelnou strukturu a u kterých se interakce molekul neopakují. V rámci projektu dojde k propojení výpočtů jednotlivých molekulárních interakcí s tzv. Monte Carlo simulacemi, které využívají generátorů náhodných konfigurací molekul ve hmotě, a umožní tak konzistentně porovnávat vlastnosti krystalických, amorfních i kapalných forem téže látky.
„Ve farmaceutické oblasti je velký zájem o schopnost predikovat rozpustnost aktivní léčivé složky nebo teplotní rozmezí, kdy je možno daný léčivý preparát bezpečně skladovat, aniž by podlehl nežádoucím strukturním změnám či dokonce roztál. Zároveň lze vypozorovat určitou preferenci amorfních formulací léčiv v nových preparátech. V oblasti organických polovodičů by pak bylo cenné umět posoudit, která z mnoha krystalických či amorfních modifikací dané látky bude vykazovat nejvyšší vodivost a jak se právě vodivost bude s teplotou a tlakem měnit,“ vysvětluje řešitel projektu docent Červinka. Projekt tak může přispět nejen k průlomu v oblasti úpravy a zefektivnění vlastností léčiv, ale také na poli pro budoucnost stěžejních organických polovodičů.
Výpočetní chemií se docent Červinka zabývá již více než dekádu. Za tu dobu absolvoval úspěšné stáže ve Francii a USA, kde se věnoval například modelování super-kondenzátorů pro skladování elektrické energie či predikcím závislosti stability krystalických forem látek na teplotě a tlaku. Profese ho však ovlivnila i v soukromém životě — seznámil se díky ní se svou manželkou.
Může Bůh zemřít? Teologická tradice odpovídala stovky let jednoznačně „ne“. Tím ovšem nebrala dostatečně v potaz základní křesťanské vyznání, že Ježíš Kristus, který prokazatelně zemřel, byl pravý člověk i pravý Bůh. Jak bychom měli přemýšlet o Bohu, pokud připustíme, že v Kristu zemřel?
Otázkou smrti Boha se ve svém výzkumném projektu zabýval doc. Petr Gallus z Evangelické teologické fakulty Univerzity Karlovy. Předložil inovativní koncept Boží akomodace – dynamické pojetí Boha, jehož božství spočívá ve schopnosti přizpůsobit se druhému, dokonce až k smrti, a přitom pořád zůstat Bohem. Jak se v průběhu staletí měnil pohled na problém smrti Boha a v čem spočívá nový pohled?
Neproměnný Bůh anticko-křesťanské tradice
Antická i pozdější křesťanská tradice shodně tvrdily, že Bůh je neměnný a neschopný trpět. Je stále tentýž, a tak představuje posledního garanta pravdy, protože je pravda sama, a ta je neměnná. Základem Božího bytí je stálost a stabilita, jediný pevný bod v jinak neustále se měnícím vesmíru. V Bohu není možná žádná změna, protože jinak bychom na konci dějin měli co do činění s jiným Bohem, než byl na počátku, takže by už nemohl být spolehlivou zárukou svých předchozích slov a pravdy vůbec.
Křesťanská teologie se tak v návaznosti na platónskou, novoplatónskou a posléze aristotelskou filosofii dopracovala přes Augustina, Pseudo-Dionýsia a Anselma z Canterbury až ke scholastické aristotelsko-tomistické syntéze, podle níž má Bůh své bytí sám ze sebe (aseitas), je absolutně jednoduchý (simplicitas), neproměnný (immutabilitas) a nemůže trpět (impassibilitas). V Bohu samotném není žádný prostor pro změnu či utrpení, ačkoli tradice samozřejmě na druhou stranu dobře ví o Boží lásce ke stvoření.
Christologická komplikace tradičního obrazu Boha
Obraz Boha, který je neproměnný a nemůže trpět, se však zásadně zkomplikuje, pokud do přemýšlení o něm přibereme Ježíše Krista, v němž se podle ústředního biblického tvrzení Boží Slovo stalo tělem (Jan 1,14). Pro teologické přemýšlení o Bohu byla christologie po celou dobu nepříjemnou komplikací, protože zevnitř nabourávala přísný monoteismus. Ne náhodou byly právě christologické otázky zásadním hybatelem pro formulaci trojiční teologie, která od Nicejského koncilu v roce 325 tvoří nejvýraznější specifikum křesťanství i křesťanské teologie.
Celá křesťanská teologie se tak vlastně rozvinula ze základních christologických otázek: Kdo byl Ježíš zvaný Kristus? Jaký je jeho vztah k Bohu? Co znamená jeho vzkříšení? A kdo to tedy na kříži vlastně zemřel? Důležité odpovědi přinesl Chalkedonský koncil konaný v roce 451. Jeho závěry říkají, že Ježíš Kristus byl pravý Bůh i pravý člověk. Měl dvě přirozenosti, které se nesměšují dohromady, ale nejdou od sebe zároveň ani oddělit. Koncil velmi precizně formuloval rámec pro veškeré další teologické myšlení, jehož základem je poznání, že Bůh může s člověkem vytvořit harmonickou jednotu, aniž by se s ním smísil, aniž by to lidství změnilo a aniž by přitom přestal Bůh být Bohem.
I když východní a západní teologie šly od začátku christologicky odlišnými cestami, které Chalkedonský koncil nesjednotil, ale postavil vedle sebe, v otázce pojetí Boha a jeho možného utrpení v Kristu se nakonec shodly a podtrhly Boží neproměnnost: božství trpět nemůže, v Kristu proto trpělo (a zemřelo) jen lidství. A to je doposud platná pozice jak pravoslavné, tak katolické teologie: oba směry božství a lidství raději pečlivě oddělily, než aby se vydaly do nebezpečí nějakého Božího stávání se. Božství bylo nutné uchránit od vší změny a utrpení – což ovšem znamená: od všeho lidského. Bůh a člověk se stali vzájemnými protiklady, které se vylučují. Bůh tak mohl být Bohem pouze na úkor člověka. A protože tradice měla zájem především na Bohu, božství a božském člověku Ježíši Kristu, od kterého si slibovala spásu, muselo lidství ustoupit do pozadí.
Nepřeklenutelný rozdíl mezi Bohem a člověkem se zadními vrátky vrátil zpět. Učení o Bohu bylo traktováno odděleně od učení o Kristu. Výsledkem byl Bůh, který je příliš daleko od člověka. To je ovšem tristní výsledek původní ambice, která chtěla mluvit o Bohu v Kristu podle janovského „Slovo se stalo tělem“. Tak zvaný axiom Boží apatie a neproměnnosti, který křesťanství převzalo už z antiky, tak slavil na dlouhá staletí vítězství. Nic na tom nezměnila ani reformace, byť Martin Luther přišel s novými a provokativními vhledy i v christologii. Tak zvaná poreformační ortodoxie se velmi záhy vrátila zpět do starých kolejí.
„Můžeme tedy uzavřít: Jakákoli změna, jakékoli ‚stávání se‘, se v Kristu týká výhradně jeho lidství; Bůh zůstane zásadně neproměnný“ (C. V. Pospíšil, Ježíš z Nazareta, 181, s odkazem na Tomáše Akvinského).
20. století a potřeba dynamického pojetí Boha
Výraznější odvahu uchopit Boha dynamičtěji našlo až 20. století. Přispěly k tomu také biblické vědy, které ukázaly, že hlavní biblickou metaforou pro Boha je život a láska, tedy dynamické fenomény, jejichž základem je vztah k druhému, a tedy také určitá proměnlivost. Znovu vyvstaly otázky týkající se vztahu Boží neproměnnosti k Božímu životu, Boží identity a stability k jeho dynamice. Hledaly se cesty, jak skloubit obojí zároveň a nepřemýšlet o nich jako o protikladech, které se vylučují. Bůh není buď stabilní, anebo dynamický. Je stabilní i dynamický, je stále týž, ale zároveň schopný živého vztahu se vší jeho proměnlivostí. Někteří katoličtí teologové hledali v návaznosti na Hegela a Rahnera cestu v jakémsi Božím sebeumenšení na člověku, tedy v pojetí Boha, který sice netrpí sám, ale může trpět na druhém.
Americká procesuální teologie zase v návaznosti na Whiteheada a Hartshorna vřadila Boha radikálně do dějin, takže Bůh je ve své aktualitě utvářen spolu s nimi. V rámci dějin nejen trpí a neustále se mění, ale také „vnadí“ celek stvoření ke svým cílům, jež do něj původně vložil.
Obě cesty dokládají snahu o dynamické pojetí Boha, obě však trpí zjevnými nedostatky. Bůh buď nakonec zůstává mimo dějinné zákruty, anebo je v nich naopak zanořen tak, že ho svět úplně promění. Výsledkem je potvrzení, že Boží stabilitu i dynamiku je třeba myslet zároveň. Respektive je třeba Boží dynamiku hledat v rámci jeho stability. Bůh musí být dynamický tak, aby to byl pořád tentýž Bůh. Je to neřešitelná otázka, aporie, rozpor, anebo lze nalézt odpověď?
Boží akomodace – Bůh, který se přizpůsobuje druhému
Docent Petr Gallus z Evangelické teologické fakulty Univerzity Karlovy je přesvědčen, že nalézt odpověď je možné, ale je třeba změnit východisko. Nelze vycházet od obecného pojmu Boha a od striktního monoteismu. Je třeba vyjít od Boha v Kristu – tedy od momentu, jímž začíná křesťanství i křesťanská teologie – a vypracovat pojetí Boha odsud, tedy zásadně trojičně.
V Ježíši Kristu se ukázalo, že Bůh a člověk mohou vytvořit harmonickou jednotu. Nejde o protiklady, ale dvě entity, které k sobě patří, vyhlížejí se a ladí k sobě. Ani jeden z nich se ovšem dle závěrů Chalkedonského koncilu nestává ničím jiným, ani jeden z nich nemusí měnit svoji podstatu: Bůh zůstává Bohem a člověk člověkem. Člověk není zbožštěn, Bůh se netransformuje do člověka, zůstává Bohem – ale zároveň se stává člověkem. Ten vstřícný krok k ustavení jednoty Boha a člověka v Ježíši Kristu tedy nezáleží na člověku a jeho kvalitách, ale vychází od Boha, je to jeho dílo a jeho aktivita. To Bůh se stává člověkem, nikoli člověk božským.
Petr Gallus proto navrhuje zavést do teologického přemýšlení o Bohu pojem „Boží akomodace“, který velmi dobře vystihuje tuto dynamiku a může sloužit jako základní regulativní i rámcový ontologický pojem pro veškeré další mluvení o Bohu. Stejně jako se čočka oka akomoduje bližším či vzdáleným předmětům při zaostřování, akomoduje se i Bůh druhému. Přitom ale neztrácí své božství ani sám sebe, protože je ve své podstatě elastický, pružný a dynamický. Je schopen vyjít vstříc druhému a přizpůsobit se mu, aniž by sám sebe omezoval. Naopak, v přizpůsobení se druhému Bůh své božství tím více naplňuje. Akomodace není Boží sebevyprázdnění a ústupek, ale Boží sebenaplnění a plné uplatnění jeho božství. To je podle Petra Galluse silnější pojetí Boha než tradiční antický a křesťanský koncept, který potřeboval Boha od všeho lidského uchránit.
Boží dynamika dovnitř i navenek
Boží dynamika je zapsána již uvnitř Boha samotného. Trojiční teologie mluví o vzájemném prostupování tří osob Boží Trojice, z nichž se každá přizpůsobuje a vychází vstříc ostatním dvěma. Díky tomu tvoří Trojice dokonalé společenství, aniž by se stírala specifičnost každé z osob. Akomodace je tedy samotnou Boží podstatou jak směrem dovnitř Božího života, tak také směrem ven, jak při stvoření, tak také v Ježíši Kristu.
Díky teorii Boží akomodace je možné překročit tradiční christologické rozpory a říci, že v Kristu Bůh opravdu zemřel. Vzal vážně svůj lidský protějšek, přizpůsobil se mu a akomodoval se až k smrti. Nezemřel ovšem Bůh jako celek, ale pouze Syn, tedy druhá osoba božství. Zemřel přitom cele, nikoli jen naoko, nikoli jen ve svém lidství. Zemřel Bůh Syn nerozlučně a neodděleně od svého lidství. Nejen prošel smrtí, ale skutečně zemřel. Tím se ovšem smrt dostává do Božího života. Stává se tak součástí Božího vnitřního života, který je silnější než smrt, jak se potvrdilo v Ježíšově vzkříšení.
Právě radikálně akomodační dění v Ježíši Kristu, v němž se Bůh ve své druhé osobě nevyhnul ani smrti, může tvořit pevný základ naděje pro překonání smrti a výhled za její hranici ke konečnému společenství. Z akomodačního dění je tak možné vyčíst cíl celého stvoření, celého kosmu: je jím vzájemně plně akomodované harmonické společenství žijící v úctě, lásce a důvěře, v němž si jednotliví členové dokáží vyjít vstříc a přizpůsobit se druhému a jeho potřebám.
Koncept Boží akomodace umožňuje uchopit Boží bytí podstatně plastičtěji a dynamičtěji než tradiční teorie. Má značnou integrativní sílu, díky níž je možné jednoznačněji interpretovat, co znamená Boží láska, milost či svoboda. Všechny tyto pojmy potom dostávají jasnější zacílení a směr. Boží akomodace je teorie, na které lze založit učení o Bohu a lze z ní dále rozvíjet celou christologii, antropologii či eschatologii.
Je známo, že stromy mohou ve svých letokruzích zaznamenávat působení velkého množství přírodních procesů. Mohou však pomoci s odhalením hrozící přírodní katastrofy? Tříletý projekt prof. Karla Šilhána s názvem „Staré sesuvy: skutečně neaktivní?“ podpořený Grantovou agenturou České republiky (GA ČR) se zaměřil na signály, vyvolané sesuvnými pohyby.
Mnohé sesuvy se zdají být stabilní a kritická neznalost a podcenění jejich reálné aktivity tak v minulosti opakovaně vedly ke vzniku přírodních katastrof. Bez časově, finančně a technicky náročného monitoringu sesuvných pohybů je ovšem velmi obtížné definovat jejich skutečné chování, které se může projevovat jen velmi malými pohyby v řádu menším než několik milimetrů za rok. I tak malé pohyby se ovšem mohou velmi rychle změnit v masivní, devastující pohyb.
Že letokruhové signály stromů zachycují velké sesuvné pohyby je známo, ovšem jejich schopnost zaznamenat řádově menší pohyby byla neprobádaná. Přitom s ohledem na stanovení sesuvného hazardu je tato problematika jedna z klíčových.
Výzkumem v rámci podpořeného projektu se podařilo kvantifikovat minimální hodnoty sesuvných pohybů, na které stromy ještě reagují s dostatečnou citlivostí. Projekt odhalil i kterými letokruhovými signály (růstové disturbance stromů) stromy nejefektivněji reagují na sesuvné pohyby. Některé jsou totiž spojeny s makroskopicky pozorovatelnými změny v tloušťkách letokruhů, jiné se projeví až na anatomické úrovni. Výzkum navíc popsal, jak se mění schopnost stromů vytvářet tyto signály s jejich rostoucím stářím.
Letokruhové signály ve stromech ovlivněných sesuvnými pohyby. A, B – výskyt reakčního dřeva jako růstové odezvy na naklonění kmene stromu, C – potlačení růstu stromu vlivem poškození kořenového systému sesuvnými pohyby.
Pro efektivní využití dat z letokruhů stromů je jedním z klíčových faktorů výběr vhodných kandidátů k analýze. Růst stromů rostoucích v různých pozicích na heterogenním povrchu sesuvů je ovlivňován pestrou škálou mechanismů, které v sesuvném tělese probíhají. Tento důležitý aspekt byl však dosud prakticky ignorován, a proto se na něj zaměřil i výzkum v rámci projektu. Analýzy mnoha tisíc letokruhových sérií narušených stromů vyústily v definování optimálních pozic v rámci sesuvných území, kde analyzované stromy poskytnou nejlepší data pro stanovení sesuvné aktivity v minulosti.
Věková závislost schopnosti stromu reagovat na sesuvný pohyb prostřednictvím dvou základních letokruhových signálů.
Výstupem projektu je více jak 20 impaktovaných studií. Na výsledky tohoto projektu navazuje tým prof. Šilhána v novém výzkumném projektu, také podpořeném GA ČR, ve kterém se věnuje buněčné úrovni poznání vlivu sesuvů na růst stromů.
Vědní disciplína, která řeší využití letokruhových analýz při výzkumu sesuvů se nazývá dendrogeomorfologie. Dlouholetá práce prof. Šilhána a jeho týmu v tomto vědním směru vedla k tomu, že se Česká republika v současnosti může pyšnit světovým prvenstvím v produkci dendrogeomorfologických výsledků (Bovi a kol., 2022 [1]).
Úvodní obrázek:Deformované kmeny stromů vlivem sesuvných pohybů
Emise ze spalovacích motorů, ať už benzínových nebo dieselových, mají prokazatelně negativní vliv na lidské zdraví, včetně zvýšeného rizika vzniku nádorových onemocnění. V souvislosti se snahami o zlepšení kvality ovzduší jsou vyvíjeny nové motory generující menší množství toxických látek a jsou též využívána alternativní paliva (např. na bázi směsí benzínu s etanolem). I když z hlediska množství produkovaných škodlivin jsou nové technologie bezesporu krokem vpřed, otázka dopadu emisí z moderních motorů na lidské zdraví není dosud uspokojivě objasněna. Roli hraje například i fakt, že moderní motory s přímým vstřikováním paliva produkují velké množství částic malých velikostí, které mohou potenciálně lidské zdraví poškozovat, experimentální důkazy však nejsou k dispozici. Právě na tuto tematiku se s podporou GA ČR zaměřil projekt vědců z Ústavu experimentální medicíny AV ČR a ČVUT.
Obecně platí, že pro získání přesných informací o působení škodlivých látek na lidský organismus je ideální provádět tzv. epidemiologické studie, tj. studie na lidských populacích, o nichž víme, že jsou dané škodlivině vystaveny. Takové studie mají však řadu omezení, zejména v souvislosti s obtížností získání dostatečně velkých skupin vyšetřovaných osob (tzv. kohort), cenou analýz a dostupností biologického materiálu. Vědci se proto snaží o vývoj tzv. modelových systémů, s nimiž bude experimentální činnost snazší než v případě lidských populací, přitom však získané údaje bude možné převést na lidský organismus. Mezi tyto modelové systémy patří buněčné kultury různého druhu, které jsou pěstovány ve sterilních podmínkách ve vhodném kultivačním médiu (tzv. in vitro metoda). Zde však věda naráží na omezení dvojího druhu.
Za prvé vlastní charakter buněčných kultur neodpovídá situaci v lidském organismu. In vitro kultury jsou většinou tvořeny jedním typem buněk (často nádorového původu) kultivovaných v jedné vrstvě pod hladinou živného média. Tato situace se diametrálně odlišuje od lidských tkání, kde mezi sebou interaguje řada buněčných typů, které rostou v prostorovém (3D) uspořádání.
Za druhé se pak toxické látky (včetně motorových emisí) v ovzduší vyskytují v podobě tzv. komplexních směsí, které jsou tvořeny částicemi různých velikostí, na něž jsou vázané chemické látky, a dále směs plynů lišících se toxicitou a reaktivitou. V in vitro podmínkách je velmi obtížné dosáhnout působení této komplexní směsi na buněčné kultury, proto se používají alternativní přístupy, v nichž jsou ze směsi separovány například jen samotné částice, nebo jsou z částic získávány chemickou extrakcí organické látky, které jsou následně testovány in vitro. Uvedené přístupy jsou sice experimentálně jednodušší, nevyhnutelně však zkreslují informace, které výzkumníci o vlivu emisí na lidský organismus získají.
V posledních letech je věnována velká pozornost vývoji systémů, které by umožnily otestovat vliv komplexní směsi škodlivých látek v ovzduší v in vitro modelech, které se co nejrealističtěji podobají podmínkám v lidském organismu. Tomuto záměru se věnoval i projekt „Mechanismy toxicity emisí z benzínových motorů v 3D tkáňových kulturách a v modelové bronchiální epiteliální buněčné linii“ financovaný Grantovou agenturou ČR (GA ČR), na kterém spolupracovali vědci z Ústavu experimentální medicíny AV ČR (ÚEM AV ČR) a Fakulty strojní Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT). Hlavními řešiteli projektu byli RNDr. Pavel Rössner, Ph.D., (ÚEM AV ČR) a prof. Michal Vojtíšek, M.S., Ph.D. (ČVUT).
V rámci tohoto mezioborového projektu se vědci nejprve věnovali vývoji přenosného zařízení, tzv. mobilnímu expozičnímu systému, který je uzpůsobený ke kultivaci buněčných kultur a do něhož jsou zaváděny kompletní motorové emise (tj. komplexní směs škodlivin tak, jak je uvolňována z výfuků automobilů). Emise byly získány v laboratorních podmínkách z motorů spalujících standardní benzín a palivo s příměsí etanolu, následně byly ochlazeny, naředěny a zavedeny do expozičního systému. V něm byly kultivovány tzv. 3D modely lidské plicní tkáně. Jedná se o rekonstituovanou kulturu získanou z plic lidských dobrovolníků, která je tvořena několika buněčnými typy, které rostou ve více vrstvách. Důležitý je též fakt, že kultury jsou vyživovány médiem ze spodní části kultivační nádobky s tím, že v horní části kultury je umožněn přímý kontakt s okolním ovzduším, v tomto případě s naředěnými motorovými emisemi. Tyto kultury, pěstované tzv. na rozhraní vzduch-kapalina (air-liquid interface — ALI), v současnosti představují jeden ze systémů, který nejvíce přibližuje kultivační podmínky in vitro situaci v lidském organismu.
V další fázi projektu prováděli vědci biologické testy, jejichž cílem bylo identifikovat změny v DNA, lipidech a proteinech, indukované vlivem motorových emisí. Jednalo se např. o stanovení zlomů v DNA, peroxidaci lipidů, analýzu exprese vybraných genů a produkci molekul, které mají vztah k prozánětlivé odpovědi. Pro tyto účely byla srovnána odpověď 3D buněčných modelů a standardních buněčných kultur rostoucích v jedné vrstvě. Dále byl porovnán vliv kompletních emisí a separované frakce organických látek vázaných na částice v emisích, tzv. extrahovatelná organická hmota (EOM). Vědci pozorovali zásadní rozdíly ve výsledcích biologických testů, jak při srovnání obou typů buněčných kultur, tak při porovnání vlivu kompletních emisí a EOM. „Výsledky ukázaly, že pro testy motorových emisí jsou 3D buněčné modely jednoznačně vhodnější oproti standardně používaným jednovrstevným kulturám. Zásadní pak pro nás bylo zjištění, že biologický efekt celkových emisí se výrazně liší od vlivu EOM s tím, že motorové emise ze standardního benzínového paliva indukují v 3D buněčných kulturách nejvíce negativních účinků, zvláště takových, které jsou spojeny s peroxidací lipidů a produkcí pro-zánětlivých molekul,“ uvedl hlavní řešitel projektu RNDr. Pavel Rössner, Ph.D.
Projekt tak poukázal na důležitost použití alternativních benzínových paliv při snižování negativních účinků emisí na lidské zdraví a zdůraznil důležitost volby vhodného experimentálního modelu při laboratorních testech škodlivin v ovzduší.
V již třetím ročníku grantových projektů JUNIOR STAR Grantová agentura České republiky (GA ČR) podpořila z celkových 228 podaných návrhů 23 projektů excelentních začínajících vědců. Vybrané podpořené projekty, které začaly v letošním roce, vám postupně představíme ve webovém seriálu obdobně jako v předchozích letech.
Granty JUNIOR STAR jsou určeny pro začínající vědce, kteří dokončili doktorát maximálně před osmi lety, mají za sebou významnou zahraniční zkušenost a již publikovali v prestižních zahraničních časopisech. Díky pětileté době řešení a nadstandardní finanční podpoře až 25 milionů korun umožňují granty vědecké osamostatnění a případně i založení vlastní výzkumné skupiny. Celkem bylo podpořeno již 69 projektů.
Objasnění vlivu atmosférických gravitačních vln na klima
RNDr. Petr Šácha, Ph.D., Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova
„Zkoumáním vnitřních gravitačních vln prostřednictvím nebývale podrobných simulací klimatických modelů přispějeme k lepšímu pochopení jevů v atmosféře.“
Vnitřní gravitační vlny (VGV), ač jsou pro lidské oko neviditelné, hrají významnou roli ve fungovaní atmosféry. Hlavními cíli projektu JUNIOR STAR Petra Šáchy, na kterém bude spolupracovat i s předními světovými centry zabývajícími se atmosférou a modelováním klimatu, je přezkoumání vlivu VGV na atmosféru a na základě získaných poznatků zformulování nového systému popisu VGV v globálních klimatických modelech.
„Projekt by měl během celého svého průběhu přispívat k lepšímu pochopení dynamiky a transportu v atmosféře a bude velikým úspěchem, pokud se nám podaří vytvořit a zdárně implementovat novou parametrizaci vnitřních gravitačních vln pro klimatické modely a přispět tak k zmenšení neurčitosti projekcí budoucích změn klimatu,“ dodává řešitel projektu doktor Šácha.
Současné výpočetní možnosti totiž nedovolují celé spektrum těchto procesů plně rozlišit v klimatických ani globálních předpovědních modelech. Přístupy využívané k parametrizaci VGV jsou tak formulovány na základě mnoha zjednodušení a obsahují libovolně volitelné parametry.
Aby bylo možné přesněji předpovídat dlouhodobé změny cirkulace v atmosféře, je nezbytné lépe porozumět vlivu VGV na atmosférické procesy a klimatické jevy. Tyto hlubší znalosti umožní jevy v klimatických modelech správně simulovat a tím dosáhnout přesnějších projekcí změn v atmosféře. Přesná kvantifikace a začlenění těchto efektů do modelů umožní dlouhodobější předpovědi vývoje počasí a sníží nejistotu předpovědí budoucího vývoje klimatu. Tímto způsobem bude možné dosáhnout pokroku například v otázkách regionálních změn extrémních projevů počasí v důsledku globální změny klimatu.
„Projekt je už ze své podstaty předurčen k tomu mít mezinárodní přesah a je třeba na něj pohlížet jako na příspěvek České republiky k celosvětovému výzkumu atmosféry a změny klimatu,“ doplňuje Petr Šácha.
Udělený Projekt JUNIOR STAR sehrál klíčovou roli i při rozhodnutí řešitele se spolu s rodinou vrátit do České republiky a věnovat se zde výzkumu na plný úvazek.
RNDr. Petr Šácha, Ph.D.
Vývoj inhibitorů polymerizace aktinu jako potenciálních migrastatik
Mgr. et Mgr. Pavla Perlíková, Ph.D., Fakulta chemické technologie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Hledáme látky, které by v budoucnu mohly zabránit nádorovým buňkám tvořit metastázy.“
I přes rozsáhlé poznatky o pohybu a šíření nádorových buněk v těle dosud neexistují žádné klinicky používané látky, které by tyto procesy účinně zastavily. Právě metastázy neboli druhotná ložiska nádoru v jiných částech těla jsou u onkologicky nemocných pacientů hlavní příčinou úmrtí. I proto se Pavla Perlíková v rámci svého JUNIOR STAR projektu snaží najít látky, které by metastázování zastavily a jejichž klinické použití by v budoucnu mohlo doplnit stávající možnosti léčby rakoviny.
„V našem projektu plánujeme připravit látky, které zabrání aktivnímu pohybu nádorových buněk. Nádorové buňky používají několik způsobů pohybu, mezi kterými mohou přepínat podle toho, jakým prostředím putují. Všechny ale mají společný jeden proces — polymerizaci aktinu. Aktin je bílkovina, která tvoří dlouhá vlákna — mikrofilamenta a tvoří oporu buňky, buněčnou kostru. Pokud se buňka pohybuje, musí se vlákna prodlužovat (polymerizovat) ve směru pohybu. Pokud použijeme látku, která polymerizaci zabraňuje, buňka bude stále živá, ale nebude se moct hýbat a šířit se dále v těle,“ vysvětluje řešitelka projektu Pavla Perlíková.
Na projektu se budou podílet teoretičtí a syntetičtí chemici společně s buněčnými biology. „Doufám, že projekt umožní všem členům týmu rozšířit si obzor i v dalších disciplínách mimo původní specializaci,“ dodává doktorka Perlíková.
Výsledkem projektu bude připravení několika potenciálních látek pro další preklinický vývoj a zlepšení porozumění mechanismům, kterými je v nádorových buňkách řízena polymerizace aktinových vláken.
Mgr. et Mgr. Pavla Perlíková, Ph.D. (foto: L’Oréal Pro ženy ve vědě)
Dynamika postojů adolescentů k cizincům
Mgr. Aleš Kudrnáč, Ph.D., Sociologický ústav AV ČR, v.v.i.
„Chceme lépe porozumět procesu formování názorů adolescentů na společnost a okolí a zjistit jakou roli v něm hraje školní prostředí a vzdělávání.“
Výzkumy prokázaly, že lidé s vyšším vzděláním mají v průměru liberálnější postoj a jsou tolerantnější vůči jiným skupinám obyvatel. Přesto se však stále příliš neví, proč k tomuto rozdílu dochází. Projekt JUNIOR STAR Aleše Kudrnáče zaměřený na zkoumání vlivu vzdělávání a školního prostředí na postojový vývoj adolescentů se snaží odhalit některé z mechanismů, které za těmito rozdíly mohou stát.
Projekt se zaměřuje na vztah mezi postoji adolescentů a jejich kognitivními schopnostmi, životní spokojeností, pocity jistoty či nejistoty a také na to, jaké informace získávají ve škole a jaký vliv na ně mají jejich spolužáci.
Jádrem projektu bude rozsáhlé dotazníkové šetření na středních školách a odborných učilištích, kdy budou ti samí žáci a žákyně dotazováni každý rok jejich středoškolského studia. Dotazníkové šetření začne letos na podzim a očekává se, že se zapojí přes 4 tisíce žáků a žákyň z více jak 200 škol. Bude tak možné sledovat nejen rozdíly mezi školami, žáky a žákyněmi, ale i to, jak se vyvíjí názory, chování a další ukazatele v čase a v závislosti na změnách na škole a mezi spolužáky a spolužačkami.
„Jsem přesvědčený, že výsledky našeho výzkumu mají potenciál sloužit i jako datový podklad pro změny v českém školství. Nakonec i proto spolupracujeme s ministerstvem školství a Českou školní inspekcí. Společným cílem je co nejvíce koordinovat náš sběr dat tak, aby byl úspěšný a využitelný i v kombinaci s dalšími dostupnými daty,“ konstatuje řešitel projektu doktor Kudrnáč.
Projekt JUNIOR STAR byl pro Aleše Kudrnáče impulsem se po čtyřech letech strávených na univerzitě ve Švédsku vrátit zpět do České republiky.
Mgr. Aleš Kudrnáč, Ph.D.
Vysocepevné a voděodolné MOC kompozity se sekundárními plnivy: příspěvek 2D uhlíkových nanomateriálů a jejich kombinací
prof. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D., Ústav anorganické chemie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Vyvíjíme vysocepevné, voděodolné, CO2 neutrální a zcela recyklovatelné kompozity, které by v budoucnu mohly ve stavebnictví částečně nahradit portlandský cement.“
Portlandský cement je ve stavebnictví nejčastěji používaný typ cementu. Málokdo již však ví, že procesy spojené s jeho produkcí odpovídají za zhruba 7 % celosvětové produkce emisí CO2. Materiály, které se profesor Ondřej Jankovský a jeho tým v rámci JUNIOR STAR projektu snaží vyvinout, mají vlastnosti srovnatelné s portlandským cementem, ale jsou výrazně šetrnější k životnímu prostředí. Ve svém výzkumu se soustředí primárně na kompozity na bázi MOC (magnesium oxychloride cement), které mají CO2 neutrální stopu.
„Materiály na bázi MOC prozatím nemají široké využití v praxi. Existují dva hlavní faktory, kvůli kterým tyto materiály nejsou široce využívány. Prvním jsou vyšší náklady na výrobu v porovnání s náklady na výrobu portlandského cementu. Druhým faktorem je zejména špatná odolnost těchto materiálů vůči vodě, což se projevuje v rychlé degradaci mechanických vlastností,“ konstatuje profesor Jankovský.
Jeho JUNIOR STAR projekt je inovativní díky využití kombinace 2D uhlíkových nanomateriálů a vybraných druhotných odpadních plniv v MOC matrici. Tímto přístupem se vytvoří vysocepevné kompozity s vynikající odolností vůči vodě. Jednou z dalších výhod těchto materiálů je jejich zcela recyklovatelná povaha.
Projekt kombinuje inovativní materiálový výzkum s multidisciplinárním přístupem, což otevírá nové perspektivy pro vývoj pokročilých kompozitních materiálů. Profesor Jankovský na projektu spolupracuje nejen s ČVUT v Praze, ale i s německou univerzitou TU Bergakademie Freiberg.
prof. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D. (v popředí) se svým výzkumným týmem
Kolize dvou proti sobě se pohybujících kontinentálních desek vede k vrásnění (orogenezi) a vzniku pásemných pohoří, jako jsou například Alpy nebo Himaláje. Orogeneze po miliardy let formovala a stále formuje tvář naší planety. Dynamika těchto procesů se pak odráží ve variabilitě prostředí na Zemi, jež je hnacím motorem evoluce, a tedy i biodiverzity. Naše znalosti hluboké stavby kolizních orogénů (tedy právě vznikajících pásových pohoří) však zůstávají omezené. Naštěstí přímou možnost studia povahy hlubší kůry orogénů poskytují starší, hluboce erodovaná horstva. Nepřímo pak o charakteru a složení svých spodně korových a plášťových zdrojů vypovídají i vyvřelé (magmatické) horniny.
Variská horstva – okna do hlubších korových úrovní kolizního orogénu
Velká část střední a západní Evropy byla zformována během variské orogeneze, v devonu–permu, tedy před 390 až 310 milióny let (obr. 1). Zvláštním a přitom ve variském orogénu běžným typem magmatických hornin jsou tmavé, draslíkem bohaté syenity až žuly (granity), označované řadou lokálních jmen, např. durbachity, vaugnerity, appinity nebo redwitzity. Spojuje je duální charakter – složení kombinující charakteristiky typické pro magmata vzniklá tavením kontinentální kůry (např. vysoké obsahy prvků s korovou afinitou, např. alkalických kovů, Th, U a Pb; izotopické složení Sr, Nd, Pb a Li) a zemského pláště (vysoké obsahy prvků Mg, Cr a Ni, nízké obsahy Si, složení izotopů Mg a Cr).
Obr. 2 Zjednodušená geologická mapa jižní části Českého masívu ukazující hlavní typy variských vyvřelých a přeměněných hornin zmiňovaných v textu.
Draselné magmatity a vysokotlaké granulity – unikátní horninová asociace ukazující na mechanismus variské kolize
U nás, v Českém masívu, se horniny tzv. durbachitové série vyskytují ve dvou pásech zhruba jihozápadního až severovýchodního směru (obr. 2). Jsou nápadné tmavou základní hmotou uzavírající velké krystaly draselného živce (obr. 3). Díky svému atraktivnímu vzhledu a pevnosti se durbachity staly ceněným stavebním kamenem již od středověku, a lze je tak vidět třeba na sakrálních stavbách v Třebíči, Velkém Meziříčí, Tasově, Písku nebo Milevsku (obr. 4).
Obr. 3 Horniny durbachitové série z Vogéz (Hora et al. 2021, Lithos). a – Celkový pohled na durbachit ze Sainte-Croix-aux-Mines. b –Detailní pohled na perfektně omezenou, zonální vyrostlici draselného živce.
Obr. 4 Bazilika sv. Prokopa v Třebíči postavená koncem 13. století z třebíčského durbachitu (foto F.V. Holub).
V obou pásech se s horninami durbachitové série vyskytují v úzkém prostorovém a časovém sepětí velká tělesa kontinentálních hornin přeměněných za vysokých teplot a tlaků (vysokotlakých granulitů) (obr. 2). Zajímavé je, že granulity v sobě uzavírají přímé důkazy svého hlubokého zanoření – různorodé a často i velmi velké fragmenty hornin zemského pláště, které při svém výstupu vynesly blíže k povrchu.
Problematikou vzniku draslíkem bohatých magmatitů se zabýval ukončený projekt týmu profesora Vojtěcha Janouška a jeho vědeckého týmu z České geologické služby a Ústavu petrologie a strukturní geologie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, který byl podpořen Grantovou agenturou ČR (GA ČR). Kombinované studium minerálního a chemického složení, včetně izotopických systémů Sr–Nd–Pb–Li–O–Mg–Cr, draselných magmatitů z lokalit České republiky a Francie (Vogéz a Centrálního masívu) (obr. 1) přineslo řadu zajímavých poznatků o plášťových i korových zdrojích mateřských magmat a jejich dalším vývoji. Takové údaje představují klíčový vstup jakéhokoli modelu, jenž si klade za cíl vysvětlit geologický vývoj evropské kůry a mělkého pláště.
Ukazuje se, že draslíkem bohatá magmata vznikla z anomálních plášťových domén, které byly krátce před tím silně kontaminovány vodnými fluidy uvolněnými během hlubokého podsouvání (subdukce) oceánské desky a vzniku magmatického oblouku (obr. 5a). Po uzavření oceánu a následné kolizi obou kontinentálních desek, byla jedna z nich zatažena do plášťových hloubek a nadložní litosférický plášť silně znečištěn jejím materiálem (obr. 5b–c). Konečně tyto anomální, silně kontaminované plášťové domény poskytly draslíkem bohaté taveniny s kuriózní kombinací chemických a izotopových charakteristik odvozených ze zemského pláště a kontinentální kůry (obr. 5d).
Obr. 5 Schematický model vzniku draselných magmatických hornin v Českém masívu. a – Subdukce oceánské desky, kontaminace nadložního pláště vodnými fluidy a vznik magmatického oblouku. b – Subdukující oceánská deska zatahuje jednu z kontinentálních desek do plášťových hloubek. c – Odlomení oceánské desky a výstup subdukované kontinentální kůry (přeměněné na vysokotlaké granulity a uzavírající plášťové fragmenty). d – Téměř zároveň vznikají draselná magmata tavením anomálních plášťových domén silně znečištěných granulitovým materiálem.
Hluboká subdukce kontinentální kůry bohaté radioaktivními prvky má dalekosáhlé důsledky pro termální stav a mechanické vlastnosti orogenní litosféry, jakož i procesy plášťového nabohacení korovými komponentami. Ukazuje se, že tradičně používané izotopické poměry prvků s afinitou k zemské kůře (Sr–Nd–Pb–Li) jsou v draselných magmatech dominovány signálem hluboce subdukovaných granulitů a dále přetištěny mísením s taveninami nadložní kontinentální desky horkého kolizního orogénu. V draselných magmatických horninách vzniklých ze silně nabohacených plášťových domén se proto tyto tradiční izotopické systémy jeví nevhodnými pro stopování plášťového příspěvku jednotlivých prvků. Vedou totiž k silnému podcenění role nově z pláště derivovaných magmat, při růstu kontinentální kůry v horkých kolizních orogénech („skrytý krustální růst”). Naproti tomu netradiční izotopické poměry prvků s afinitou k zemskému plášti (Mg–Cr) si převážně zachovávají svou originální plášťovou signaturu a jsou tak pro takový účel mnohem vhodnější.
Výsledky projektu byly publikovány, často ve spolupráci s francouzskými kolegy, v devíti článcích v časopisech s impaktovým faktorem, ve třech kapitolách monografie Londýnské geologické společnosti a byly prezentovány na řadě mezinárodních konferencí. Nově získané poznatky přispívají našemu lepšímu porozumění variability variského orogénu ve střední a západní Evropě. Ale především pochopení vzniku a významu draslíkem bohatých magmatitů s kuriózní smíšenou chemickou signaturou kůry a pláště, jakož i geotektonického vývoje mladých a dosud málo erodovaných horkých kolizních orogénů, např. Himalájí.
Úvodní Obr. 1Schématické zobrazení pozůstatků variského orogénu ve střední a západní Evropě s vyznačenými výskyty draslíkem bohatých magmatických hornin a vysokotlakých granulitů (podle Maierové et al. 2016, Tectonics).
Pro mnoho žáků po celém světě nekončí vzdělávání v běžný školní den posledním zvoněním. Naopak nemalá část z nich pokračuje ve vzdělávání v dalších dodatečných placených kurzech nebo soukromých hodinách. U nás má tato forma vzdělávání dlouhou tradici, její historie se dá vystopovat již do období první republiky, kdy soukromé doučování nabízeli zejména učitelé na gymnáziích.
V posledních několika dekádách se soukromé doučování v zahraničí i u nás nejen značně rozšířilo, ale diverzifikovaly se také jeho podoby, formy a poskytovatelé. Obsah soukromého doučování je zpravidla úzce spjatý se školním kurikulem, s požadavky školy nebo různých přijímacích či závěrečných zkoušek, z toho důvodu se pro něj vžilo označení stínové vzdělávání. Mechanismy a způsoby tohoto propojení mezi formálním a stínovým vzděláváním nicméně dosud nebyly dostatečně prozkoumány. Proto se řešitelský tým projektu financovaného Grantovou agenturou ČR (GA ČR) složený z pracovníků Ústavu výzkumu a rozvoje vzdělávání Pedagogické fakulty Univerzity Karlovy rozhodl tyto vztahy komplexně analyzovat s ohledem na specifika našeho domácího kontextu.
V publikačních výstupech se výzkumníci zaměřili na několik stěžejních aspektů tohoto vzájemného propojení. Odpovídají na otázky, jak struktura našeho vzdělávacího systému ovlivňuje rozsah, podobu a charakter stínového vzdělávání, jak souvisí účast na doučování s vnímanou kvalitou školní výuky, jaká je role učitelů a samotných škol v poskytování stínového vzdělávání nebo jakým způsobem školy a soukromí doučující spolupracují. Svá zjištění výzkumníci opírají o rozsáhlá kvantitativní dotazníková šetření mezi žáky na 2. stupni základních škol a nižších stupních gymnázií a mezi jejich učiteli, ale také o poznatky získané hloubkovými rozhovory s řediteli škol (data byla sbírána ve školním roce 2018/2019).
Žáci na gymnáziích se doučují častěji než žáci na základních školách
Český vzdělávací systém je charakteristický časným rozdělováním žáků a odlivem jejich části na víceletá gymnázia, s čímž se pojí také skládání přijímacích zkoušek. Mezi žáky v jednotlivých vzdělávacích drahách se tak liší nejen rozsah soukromého doučování, ale také doučované předměty, obsah a cíl doučování či faktory, které účast na doučování ovlivňují.
Výzkumníci zjistili, že stínové vzdělávání během svého studia využilo 53 % gymnazistů, oproti 44 % žáků ZŠ. Zatímco gymnazisté využívali častěji stínové vzdělávání v angličtině, aby se v tomto cizím jazyce i více zdokonalili nad rámec školní výuky, u žáků základních škol naopak převládalo doučování v českém jazyce a matematice, což je dáno zejména přípravou na přijímací zkoušky, které si gymnazisté „odbyli“ v 5. (resp. 7.) třídě.
Struktura našeho vzdělávacího systému vede kvůli existenci osmiletých a šestiletých gymnázií k tomu, že se část žáků připravuje během povinné školní docházky až třikrát na přijímací zkoušky, což pro ně může představovat značnou psychickou zátěž a pro rodiče značné ekonomické náklady. Prokázala se také výrazná socioekonomická podmíněnost stínového vzdělávání, tedy že žáci s lepším rodinným zázemím využívají tuto formu vzdělávání častěji.
Ilustrační fotografie: sběr dat v terénu (dotazníkové šetření)
Kvalita výuky hraje roli, ale jen v některých předmětech
Výzkumníci předpokládali, že to, jak žáci (a zprostředkovaně jejich rodiče) vnímají kvalitu výuky ve škole, bude mít významný vliv na jejich rozhodnutí zajistit si soukromé doučování. Jejich hypotéza se potvrdila pouze v případě soukromého doučování v matematice a českém jazyce – využívají je častěji žáci, kteří školní výuku z vlastního pohledu nepovažují za zajímavou, kteří se ve školní výuce moc nenaučí a kteří si myslí, že jejich učitel neumí učivo dobře vysvětlit a nedovede je motivovat. V anglickém jazyce nicméně tato souvislost neplatí. Nejspíš proto, že angličtina je vnímána jako prostředek komunikace v moderní společnosti a nutná podmínka pro dobré budoucí pracovní uplatnění spíše než jako školní předmět. Do jazykových dovedností svých dětí tak investují zejména rodiče s vyšším socioekonomickým statusem bez ohledu na kvalitu výuky ve škole.
Více než třetina učitelů si přivydělává, přibližně třetina z nich soukromým doučováním
Přestože se výdělky učitelů v českých školách v posledních několika letech výrazně zlepšily, výzkumníci zjistili, že další pracovní činností si přivydělává 36 % učitelů (nejčastěji mimo obor vzdělávání). Soukromému doučování se věnuje přibližně třetina z nich. Častěji si přivydělávají muži, učitelé na zkrácený úvazek, učitelé s kratšími pracovními zkušenostmi a učitelé méně spokojení se svojí výplatou. Pro poskytování soukromého doučování je pak určující, jaký předmět učitel ve škole vyučuje (angličtináři, matematikáři a češtináři soukromě doučují častěji než jejich kolegové s jinou předmětovou specializací), nikoli spokojenost s výplatou. Výsledky výzkumu naznačují, že učitelé soukromě doučují i z jiných než finančních důvodů, kterými jsou například profesní rozvoj nebo pocit uspokojení z práce.
Stínové vzdělávání je legitimizováno úzkou spoluprací škol s jeho poskytovateli
Výzkumu se zúčastnila více než čtyřicítka škol z různých koutů republiky a řešitelé v nich zmapovali různé formy spolupráce s poskytovateli soukromého doučování. Část škol s nimi spolupracuje jen velmi volně, například ve svých prostorách zveřejňují informace a inzeráty. Jiné školy nicméně svým žákům, respektive jejich rodičům, aktivně stínové vzdělávání doporučují, někdy již i s tipem na konkrétního doučujícího. Zejména ve větších městech pak školy nabízejí své prostory k pronájmu svým vlastním učitelům, kteří ve škole soukromě doučují, nebo soukromým vzdělávacím společnostem (například jazykovým školám), které zajišťují nejen vzdělávání žáků, ale také další služby pro školu. Uvedené příklady jsou dokladem vysoké míry pronikání privátního sektoru do českého veřejného školství, které s sebou pro ředitele škol přináší mnohá etická dilemata spojená například s placeným doučováním vlastních žáků učiteli na půdě školy nebo legitimizací této služby s nejasnou kvalitou.
Koláž – mediální obraz soukromého doučování
Školy samy poskytují stínové vzdělávání
V mezinárodním měřítku jsou české školy unikátní v tom, že se samy často stávají poskytovateli stínového vzdělávání, a to tím, že organizují placené přípravné kurzy k přijímacím zkouškám. Ředitelům víceletých gymnázií však tímto nejde ani tak o zisk, který z kurzů škola má, jako spíše o snahu zvýšit povědomí o své škole mezi rodiči. V kontextu konkurence škol jde tak o marketingovou strategii, kterou víceletá gymnázia využívají k získání (dobrých) žáků ze základních škol. Pro ředitele ale není vždy snadné vyrovnat se s neochotou či očekáváními učitelů, kteří v kurzech mají vyučovat, s požadavky rodičů žáků nebo se správným nastavením ceny kurzu tak, aby nebyl ztrátový, ale zároveň aby nebyla cena diskriminační pro žáky z hůře finančně zajištěných rodin. Tyto kurzy jsou tak pro školy zbraní v konkurenčním boji, která ale může být dvojsečná podle toho, jak s ní školy zacházejí.
Nové výzkumné výzvy
Výsledky projektu podpořeného GA ČR ukázaly, že formální a stínové vzdělávání nejsou na sobě nezávislé entity. Naopak jejich vztah je v České republice velmi těsný a projevuje se v mnoha různých oblastech a mnoha různými způsoby, mnohdy i velmi kontroverzně.
Práce na výzkumu byla pro členy řešitelského týmu náročná, ale zároveň velmi obohacující už jen v tom, že díky projektu navštívili různé druhy škol ve všech koutech republiky, a mohli hovořit s jejich vedením nejen o otázkách stínového vzdělávání, ale i dalších aktuálních tématech týkajících se vzdělávání. Potvrdila se významná role, kterou stínové vzdělávání v našem vzdělávacím systému hraje. V projektu nicméně nebyly zjišťovány názory a postoje rodičů, tedy těch, kdo o zapojení dítěte do soukromého doučování rozhodují. Právě na ně se proto zaměřuje návazný výzkum, rovněž podpořený Grantovou agenturu České republiky. Brzy snad tedy budeme znát také odpověď na otázku: Proč a jak se rodiče rozhodují pro soukromé doučování svého dítěte?
Řešitelé:
PhDr. Vít Šťastný, Ph.D. (hlavní řešitel)
PhDr. Martin Chvál, Ph.D. (člen řešitelského týmu)
prof. PhDr. Eliška Walterová, CSc. (členka řešitelského týmu)
Poranění mozku a míchy představují v současné době významný problém nejen kvůli stoupající četnosti nových případů, ale především pro svou závažnost a značné socio-ekonomické dopady na společnost. V případě obou typů poranění se jedná o velmi závažné akutní stavy s vysokou úmrtností, které vyžadují bezodkladnou lékařskou péči a v některých případech i dlouhodobou péči následnou. Mezi nejčastější poranění centrálního nervového systému patří cévní mozková příhoda, intrakraniální trauma a míšní léze.
Cévní mozková příhoda, lidově mrtvice, je náhlá porucha krevního oběhu mozku, která vede k nevratnému poškození mozkové tkáně. Celosvětově se jedná o druhou nejčastější příčinu úmrtí. V České republice se každoročně vyskytne přibližně 25 tisíc nových případů. Intrakraniální trauma neboli traumatické poranění mozku představuje poranění způsobené fyzickým traumatem (např. úderem, úrazem, autonehodou apod.), přičemž poničeny bývají různé části mozku dle místa poranění. Posledním typem poranění jsou míšní léze vzniklé v důsledku devastujícího poškození některé části míchy. Při tomto typu poranění dochází k přerušení vedení vzruchů míchou, čímž je ovlivněna nejen hybnost končetin, ale taktéž činnost mnohých tělesných systémů, což vede k vážným a trvalým zdravotním následkům.
I přes obrovský pokrok ve vědě a medicíně, zůstávají metody diagnostiky a léčby poranění mozku a míchy značně omezené. Ačkoliv dnes již zcela neplatí, že „nervové buňky se neobnovují“, obnovení funkce poškozeného nervového systému je stále vzdáleným cílem, na jehož dosažení pracuje mnoho vědeckých týmů po celém světě, mezi které patří také týmy vědců z Ústavu experimentální medicíny AV ČR (ÚEM AV ČR) a Biotechnologického ústavu AV ČR (BTÚ AV ČR) v centru BIOCEV, které se společně rozhodly hledat nové možnosti diagnostiky a léčby těchto závažných stavů. V rámci projektu podpořeného Grantovou agenturou ČR s názvem „MikroRNA v poranění nervové soustavy: potenciální úloha a terapeutický význam“ si oba týmy vytyčily nesnadný cíl, a to odhalení změn v nervové tkáni na úrovni genové exprese po poranění mozku a míchy, se zvláštním důrazem právě na míšní poranění. Na studii se podíleli také vědci z Wroclaw University of Environmental and Life Sciences v Polsku.
Základem spolupráce byla sekvenační analýza molekul mRNA a mikroRNA v experimentálním modelu míšního poranění, díky které vědci získali komplexní informace o změnách exprese mRNA molekul řídících klíčové procesy ovlivňující poranění míchy, ale i jejich regulačních elementů molekul mikroRNA. „Zjistili jsme velmi dramatické změny v expresi genů, které jsme charakterizovali dle biologických funkcí a současných poznatků. Tyto změny byly zároveň doprovázeny i významnými změnami ve složení buněčných typů, což zásadně mění buněčnou strukturu postižené tkáně. Následné spojení těchto informací s detailním popisem změn regulačních molekul mikroRNA nám dovolilo identifikovat klíčové molekuly, které mají ústřední roli v probíhajících patofyziologických procesech, z nichž role některých byla již dříve popsána, některé jsou však zcela nové a potencionálně terapeuticky zajímavé,“ vysvětluje hlavní řešitelka projektu Nataliya Romanyuk, Ph.D., z Oddělení regenerace nervové tkáně ÚEM AV ČR v centru BIOCEV. Ověřování významnosti těchto nových cílů je předmětem probíhajících experimentů a bude základem i dalších projektů.
Dramatické změny v genové expresi po poranění byly provázeny výraznými změnami ve složení buněčných typů, což zásadně ovlivňuje buněčnou strukturu postižené tkáně. Následná kombinace těchto informací s podrobným popisem změn v regulačních molekulách mikroRNA nám umožnila identifikovat klíčové molekuly, které mají ústřední roli v probíhajících patofyziologických procesech a jsou potenciálním terapeutickým zájmem.
Využití molekul mikroRNA pro cílenou manipulaci patofyziologických stavů je v posledních letech velmi aktuální a přitahuje stále více pozornosti vědců z různých oborů. Jejich dalším slibným využitím je jejich diagnostický potenciál. „Vzhledem k tomu, že molekuly miRNA jsou ve srovnání s jinými nukleovými kyselinami relativně malé, snadno se tak vylučují do mezibuněčného prostoru a tělních tekutin, kde mohou být detekovány a sloužit jako biomarkery ukazující závažnost poranění či naznačit jeho nepříznivé následky. Přitom v současné praxi je diagnostika závažnosti poranění z velké části založena na posouzení reflexu, což je u pacientů v bezvědomí nebo pod vlivem léků značně obtížné,“ vysvětluje Lukáš Valihrach, Ph.D., ze spolupracující Laboratoře genové exprese BTÚ AV ČR v centru BIOCEV. Právě využití molekul mikroRNA pro diagnostiku míšního poranění je i cílem dalšího projektu týmů z ÚEM AV ČR a BTÚ AV ČR, s výraznou podporou doc. MUDr. Aleše Hejčla, Ph.D., který koordinuje doktory z jedenácti českých nemocnic spolupracujících na tomto projektu.
Ač jsou obě zmíněné studie omezeného rozsahu, jejich autoři věří, že přinesou důležité poznatky o úloze mikroRNA při opravě a regeneraci poškozené nervové tkáně. Objasnění změn v buněčných funkcích spouštěných mikroRNA za fyziologických a patologických podmínek může otevřít zcela nový pohled na diagnostiku a prognózu poranění centrálního nervového systému a přispět k jeho efektivnější léčbě v blízké budoucnosti.
Mgr. Nataliya Romanyuk, Ph.D., hlavní řešitelka projektu
Ing. Lukáš Valihrach, Ph.D., spoluřešitel projektu
Hlavním vědeckým přínosem projektu podpořeným Grantovou agenturou ČR (GA ČR) bylo stanovení charakteristik proudění v okolí válce a vyšetření aerodynamického a aeroelastické odezvy v turbulentním proudu v kritickém a přechodovém režimu, tedy za rychlostí obvyklých ve stavební aerodynamice. Ty se stanovují parametrem, kterým je tzv. Reynoldsovo číslo. Výsledky projektu kromě teoretického poznání, jak probíhají procesy v mezní vrstvě a v oblasti teorie vzniku samobuzených kmitů, najdou uplatnění taktéž v praktických aplikacích při konstrukčních řešeních nebo kodifikaci zatížení staveb.
Projekt profesora Stanislava Pospíšila z Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR přinesl nové přístupy k vysvětlení chování proudění a podstaty jevů existujících při dvourozměrném proudění vzduchu kolem válce s drsným povrchem, a to v rozsahu Reynoldsova čísla charakteristického pro nízké a středně vysoké turbulence proudu, typické pro reálné situace.
Aerodynamika je širokým vědním oborem, ve kterém je studováno proudění vzduchu kolem různých objektů. Patří mezi obtížné teoretické disciplíny s širokým uplatněním téměř kdekoliv, kde vzduch nebo plyny existují. Je to dáno především tím, že plyny se řadí mezi tekutiny, které tekou s nízkými i vysokými rychlostmi, což znamená, že proudění se odehrává v různých režimech, ve kterých jsou již vlastnosti plynů rozdílné. Aerodynamika je využívána při stanovení sil působících na dopravní prostředky, v oblasti energetiky, ale rovněž i pro návrhy vnitřních účinků proudění v motorech, při výpočtech chlazení, stanovení komfortu v místnostech a prostorách provozů.
Zajímavostí je, že z oblasti aerodynamiky pochází jeden z tzv. nevyřešených problémů techniky. Jedná se o turbulentní proudění, které přivádí vědce k otázce, zda je vůbec možné vytvořit jeho teoretický model k popisu statistik jeho vnitřních struktur. V minulém století se oblast aerodynamiky rozšířila i do oblasti stavebnictví a návrhu inženýrských konstrukcí. Také se vyvinul obor příbuzný – stavební aeroelasticita, kterou lze definovat jako součást mechaniky zabývající se nejen působením vzdušných sil na konstrukci, ale i jejich interakcemi s konstrukcí, která se pohybuje. Tato disciplína zasahuje proto do důležitých oblastí bezpečnosti staveb a infrastruktury, ale také třeba kvality životního prostředí a energetiky, akustiky a optimalizace návrhu vysokých staveb. Jen do roku 1940 se v důsledku silných bouří mnoho konstrukcí a mostů zřítilo, aniž by byly známy přesné příčiny těchto katastrof. Jednou z nich byl například kolaps mostu v Tacomě (USA), který v podstatě nasměroval výzkum v aerodynamice i do stavebnictví, což vedlo k bezpečnějším návrhům a v podstatě zamezilo opakovaní podobných katastrof.
Vítr a jeho statické působení jsou tedy významnými faktory při návrhu konstrukcí a škody, které vítr každoročně způsobí, jsou důvodem mnoha alarmujících titulků v novinách. Méně je známo, že nezanedbatelná část škod vzniká v případech, ve kterých je hlavním příčinou dynamické působení a odezva, ke které nemusí docházet pouze za extrémních rychlostí větru, ale naopak za poměrně běžných, a dokonce nečekaných okolností. Je to dáno také tím, že rychlost (tlak větru) je možné popsat jako kompozici střední hodnoty a fluktuačních složek, které hrají důležitou roli. Fluktuační složka větru je pro běžné rychlosti a pro většinu případů považována za náhodný stacionární a ergodický proces, který má charakteristické frekvenční spektrum. Obecně se účinky větru dělí na statické a dynamické, které pak dělíme podle druhu odezvy a převažujících frekvencí, což situaci značně komplikuje, protože mezi těmito jevy dochází ke kombinacím a ke vzniku nových jevů například v důsledku energetických přechodů a působení fluktuací, zvaných šumy. Ty mohou mít silný vliv na chování konstrukce například v oblasti větvení rovnováhy.
K laboratorní tvorbě větru a ke zkoumání proudění a zatížení staveb jsou vědci využívány aerodynamické tunely s relativně nízkými rychlostmi. Jsou určeny pro stavebnictví a jejich primárním experimentálním požadavkem je, aby byla v modelování fyzikálních jevů zachována důležitá podobnost kritérií, které zajistí spolehlivé a do reality přenositelné výsledky získané na menších modelech. Experimenty v tunelech pochopitelně slouží i k lepšímu pochopení teoreticky stále nedokonale popsaných aerodynamických jevů a náhodnosti. Společně s výpočetními procedurami z oblasti numerické dynamiky tekutin tvoří dnes ucelený vědní nástroj.
Obr. 1. Schéma aerodynamického tunelu ÚTAM AV ČR, v. v. i.
Je zřejmé, že stavební aerodynamika není jen záležitostí větších stavebních celků. Nachází své místo v návrhu konstrukčních detailů a nosných prvků, jako jsou například mostní lana a závěsy s různým tvarem. Průřezové profily těchto stavebních prvků podstatně ovlivňují režimy obtékání. Řešitelé projektu GA ČR nasměrovali své úsilí na výzkum aerodynamiky a aeroelasticity na válce s nominálně kruhovým průřezem a s různou povrchovou drsností, která vzniká v různých klimatických nebo technologických podmínkách a která režim obtékání silně ovlivňuje v negativním i pozitivním smyslu. Příkladem je námraza na laně nebo jeho trvalý defekt vzniklý při výrobě, případně během používání. Při obtékání tělesa na povrchu (v případě necylindrických ostrých průřezu pak na hranách) vznikají poruchy ve stabilitě proudu, tvoří se tzv. smykové vrstvy pokračující do úplavu. Dochází k odtrhávání a tvorbě vírů a k prudkým změnám tlaků, které pak generují odezvu v určitém frekvenčním pásmu. Takto vytvořená odezva může za určitých okolností trvat velmi dlouhou dobu. Frekvenční pásmo, nebo lépe řečeno jeho střední frekvence, je charakterizováno bezrozměrným Strouhalovým číslem, zatímco amplituda závisí na útlumu, vyjádřeného hodnotou čísla Scrutonova.
K zajímavému průběhu kmitání dochází, když při určité rychlosti větru dojde k rezonanci. Pokud výchylka překročí jistou hranici, interakce proudění a tělesa vede ke změně frekvence odtrhávání vírů, a ta se začne přizpůsobovat vlastní frekvenci oscilátoru. Tento jev je znám jako uzamčení a je projevem nelineárních oscilací v tzv. limitním cyklu. Kmity se odehrávají za velkých výchylek vedoucích k poškozením, jak je patrné na fotografii na obrázku 2d).
Obr. 2. Příklady námraz a poškození lana od aeroelastického kmitání.
Obr. 3. Uspořádání experimentu v aerodynamickém tunelu.
Obr. 4. Vrstevnicové mapy pro různé režimy obtékání válce s námrazou
Vznik vírů, rychlostní pole a převažující frekvence změn tlaků je výsledkem režimu obtékání. Ten se zjišťuje nejčastěji měřením rychlostí proudu v jednotlivých bodech úplavu metodou žhaveného drátku, případně integrální metodou zvanou Laserové zobrazení rychlostního pole částic. Schéma uspořádání se znázorněním této metody je uvedeno na obrázku 3. Tři režimy proudění jsou pak vyobrazeny na vrstevnicových mapách na obrázku 4, z kterých lze určit rozměry vírů, jejich vzdálenosti a také například odporové síly, které proud na tělese vytváří. Ty jsou uváděny v hodnotách silových koeficientů jako na obrázku 5, ze kterých je patrné, že se skutečně mohou významně lišit v závislosti na povrchu. Například odpor hladkého tělesa klesá na polovinu, je-li proud více turbulentní. Jinými slovy, turbulence proudu je v dané oblasti Re jistou obdobou drsnosti povrchu. Pokud je na válci námraza, vroste intuitivně také jeho odpor, na druhé straně ale vede přítomnost námrazy k nárůstu síly příčné a někdy i ke změně silového momentu, což může zapříčinit nestabilní kmitání ve větru.
Obr. 5. Hodnoty silových koeficientů na válci s hladkým povrchem a s námrazou
Pro Strouhalovo číslo charakterizující frekvenční režim vírové cesty platí, že je námrazou rovněž silně ovlivněno. V rozsahu měřených rychlostí daných Reynoldsovým číslem St roste, je-li turbulence proudu vysoká, zatímco pro válce s námrazou je vliv turbulence na změnu frekvence vírů potlačen, jak je vidět na pravém spodním grafu.
Obr. 6. Strouhalovo číslo charakterizující možnost vzniku kmitání hladkého válce či válce s námrazou od vznikajících vírů jako funkce rychlosti větru.
V návaznosti na stanovení statických sil a frekvencí tým profesora Pospíšila pokračoval ve studii vzniku kmitání na oscilátorech s různou technologickou drsností a s námrazou. Základem této práce byla analýza „rezonančních“ křivek a amplitud kmitání. Pozornost je nutné obrátit na skutečnost, že při zvyšování rychlosti větru dochází k oscilacím v zásadě ve čtyřech experimentálních režimech, které se vědeckému týmu podařilo identifikovat ve shodě s teoretickými analýzami nelineárního oscilátoru Van der Polova typu.
Obr. 7. Odezva válce při interakci proudění a tělesa, která vede k fyzikálnímu jevu „uzamčení“ a která je výsledkem nelineárních oscilací v tzv. limitním cyklu
V předkritickém režimu znázorněném na obrázku 7a) je odezva determinována náhodně se oddělujícími víry v poměrně širokém frekvenčním pásmu. Při zvýšení rychlosti v oblasti Strouhalova čísla nastává krátký úsek rezonance, kdy je frekvence oddělování vírů velmi blízká vlastní frekvenci táhla (obrázek 7b). Z tohoto stavu přechází oscilátor do tzv. kvaziperiodického režimu vznikajícího při efektu uzamčení, ve kterém dochází k záznějům a synchronizaci mezi frekvencemi výchylky a vírů, které jsou si blízké (obrázek 7c). Při dalším zvýšení rychlosti větru přechází soustava do pokritického režimu.
Projekt rovněž přispěl k problematice laboratorní tvorby námrazy v klimatickém tunelu a jeho zachycení digitální fotogrammetrickou metodou v plném měřítku zkombinovanou s numerickou analýzou obrazu založeného na trojrozměrných modelech prvků, mapujících profily námrazy podobné těm, které byly pozorovány v přírodě.
Lidé obvykle chodí hledat houby do lesa a berou si k tomu nůž a košík. Tomáš Větrovský z Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR hledá houby v laboratoři a potřebuje k tomu sekvenátor pro analýzu DNA. Výsledkem jeho práce je celosvětová databáze hub a také nové poznatky o jejich životním prostředí i o tom, že klimatické změny nepříznivě ovlivňují zejména ty houby, které jsou pro lidi užitečné. Za svůj výzkum byl v roce 2022 nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.
„Houby jsem měl vždycky rád a bavilo mě je sbírat už jako malého,“ vypráví Tomáš Větrovský. „A fascinovaly mě i při studiu na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Mají netradiční tvary, vyvíjejí se v neobvyklých životních cyklech a způsob jejich rozmnožování je velice komplikovaný,“ popisuje. „Věnoval jsem jim už svou bakalářskou práci a zabývám se jimi dodnes.“
Doktor Větrovský samozřejmě nemyslí jenom houby, které lidé sbírají v lese, tedy ty s nožičkou a kloboukem. Do této široké kategorie totiž patří také třeba mikroskopické organismy, jako například jednobuněčné kvasinky. Naopak se mezi houby neřadí pórovité mořské houby, které patří mezi živočichy.
Databáze pro celý svět
Houby hledá doktor Větrovský se svými kolegy laboratorním rozborem DNA ze vzorků zeminy odebrané na vybraných místech v terénu. Ve veškeré DNA nalezené v půdě zjišťují výzkumníci genetické sekvence (markery) typické právě pro houby. Díky tomu určí, které z hub se na daném místě vyskytují, aniž by je vůbec museli vidět.
Výzkumníci pracovali se vzorky půdy, které zčásti nasbírali sami, většinu údajů však tvoří již publikovaná data od jiných autorů. Těmto datům umožnili něco jako druhý život, protože po publikování článků jsou sekvenační data archivována v úložištích bez možnosti dalšího přímého využití.
Získané údaje porovnali s referenčními databázemi, aby lépe určili, co našli. Souřadnice míst sběru vzorků zaznamenávali díky satelitní navigaci GPS. Takto vznikla mezinárodní databáze společenstev hub, kterou výzkumníci představili vědecké komunitě v odborném periodiku Scientific Data. Nové údaje se do ní stále přidávají, používají ji odborníci z celého světa a je veřejně přístupná na internetu.
Houbařům databáze však při sběru hub nepomůže, neboť zaznamenává pouze místa, kde se určité houby vyskytují, nikoliv kde zrovna rostou. Zato pro vědce představuje cenného pomocníka jako zdroj informací pro další výzkumy.
Databáze zachycuje stav na všech kontinentech kromě Antarktidy, i když třeba Evropa je z praktických důvodů zastoupena více než Afrika, kam výzkumníci zavítají méně často. Data o výskytu hub jsou z dalších zdrojů doplněna údaji o obvyklých dešťových srážkách a teplotách na daném místě, poznatky o kyselosti či zásaditosti tamní půdy, o obsahu fosforu, vápníku, draslíku a dalších živin, i o tom, s jakými jinými rostlinami tam houby souběžně žijí.
Ekonomicky prospěšným houbám změny klimatu nesvědčí
„Z databáze například vidíme, jak jsou houby v oblastech svého výskytu provázány s určitým profilem teplot a srážek,“ popisuje řešitel projektu doktor Větrovský. „Z toho se dá poznat, jestli případná změna klimatických podmínek ovlivní její růst, případně jej úplně znemožní.“
Některé houby, kupříkladu sněti nebo rzi, se označují jako patogenní, protože ničí jiné rostliny. Další houby však naopak žijí se svým okolím v symbióze. Podhoubí takových hub je propojeno s kořenovými systémy stromů, které jim předávají cukry, a houby jim na oplátku dodávají různé anorganické látky, například fosfor nebo dusík.
Data doktora Větrovského bohužel naznačují, že patogenní houby jsou odolnější, dokážou obsadit místa s mnohem širším záběrem vlhkostních a teplotních profilů. Zato symbiotické houby, které jsou ekonomicky přínosnější po lidskou společnost, jsou na změny teploty a vlhkosti mnohem citlivější, a klimatické změny je proto mohou ohrozit.
Výzkum v Ekvádoru, doktor Větrovský první zleva (Mikrobiologický ústav Akademie věd ČR a Česká zemědělská univerzita v Praze)
Přes šest milionů druhů – většinou neznámých
Odborná literatura popisuje asi 50 000 druhů hub, které lze na Zemi nalézt. Další druhy, zejména ty miniaturní, ještě nikdo nepopsal, ale genetické stopy v půdě zanechávají. „Z našich rozborů odhadujeme, že na Zemi může být asi 6,28 milionu druhů hub,“ říká Tomáš Větrovský.
Překvapivé je jejich rozložení. V biologii obecně platí poznatek, že nejvíce rostlinných i živočišných druhů žije v tropech a čím dále od rovníku, tím více se biodiverzita (druhová rozmanitost) snižuje. Kupodivu, u hub se to nepotvrzuje.
„Z našich dat spíše vidíme větší diverzitu hub ve vyšších zeměpisných šířkách, tedy dále od rovníku,“ konstatuje doktor Větrovský. „Tento fenomén stojí za další prozkoumání. Jedno vysvětlení je, že tropické oblasti ještě nejsou dobře prozkoumány, ale to výskyt našich genetických markerů nepotvrzuje. Jiným vysvětlením může být to, že v mírném zeměpisném pásmu jsou houby primárními zpracovateli odumřelé rostlinné hmoty. Kdežto v tropech jsou i další, konkurenční organismy, třeba termiti, takže houby nedostaly tolik příležitostí k rozvoji,“ zamýšlí se.
Své poznatky Tomáš Větrovský spolu s kolegy publikoval v řadě uznávaných vědeckých periodicích včetně Nature Communications.
Mgr. Tomáš Větrovský, Ph.D., pracuje v Mikrobiologickém ústavu Akademie věd ČR v Praze a je předním expertem v oblasti bioinformatiky. Vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy v Praze. Pracuje pomocí metod masivního paralelního sekvenování DNA a zaměřuje se na ekologii mikroorganismů a jejich interakci s rostlinami a živočichy. Od roku 2017 stojí v čele projektu, jehož výsledkem byla největší globální analýza výskytu hub a analýza klimatických faktorů, které ji ovlivňují. Dvakrát pobýval na stáži na Iowské státní univerzitě v USA. Je autorem nebo spoluautorem 60 publikací v impaktovaných časopisech, z toho čtyřikrát byly jím publikované články označeny za 1 % nejlepších článků z daného oboru za posledních deset let. V roce 2019 získal prestižní Prémii Otto Wichterleho udělovanou Akademií věd ČR.
Název projektu nominovaného na Cenu předsedy Grantové agentury ČR: Společenstva hub v prostředí: využití nových molekulárních markerů a metaanalýz pro výzkum ekologie a biogeografie hub
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.
Věková závislost schopnosti stromu reagovat na sesuvný pohyb prostřednictvím dvou základních letokruhových signálů.
prof. RNDr. Karel Šilhán, Ph.D.
RNDr. Pavel Rössner, Ph.D.
RNDr. Petr Šácha, Ph.D.
Mgr. et Mgr. Pavla Perlíková, Ph.D.
Mgr. Aleš Kudrnáč, Ph.D.
prof. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D. (v popředí) se svým výzkumným týmem
Obr. 3 Horniny durbachitové série z Vogéz (Hora et al. 2021, Lithos). a – Celkový pohled na durbachit ze Sainte-Croix-aux-Mines. b –Detailní pohled na perfektně omezenou, zonální vyrostlici draselného živce.
Obr. 4 Bazilika sv. Prokopa v Třebíči postavená koncem 13. století z třebíčského durbachitu (foto F.V. Holub).
Ilustrační fotografie: sběr dat v terénu (dotazníkové šetření)
PhDr. Vít Šťastný, Ph.D., hlavní řešitel projektu
Mgr. Nataliya Romanyuk, Ph.D., hlavní řešitelka projektu
Ing. Lukáš Valihrach, Ph.D., spoluřešitel projektu
Výzkum v Ekvádoru, doktor Větrovský první zleva (Mikrobiologický ústav Akademie věd ČR a Česká zemědělská univerzita v Praze)