Jako vynikající byl Grantovou agenturou České republiky ohodnocen výzkum zabývající se zlepšením vlastností jemnozrnné pokročilé keramiky při použití studené plazmy. Pod vedením profesora Karla Maci se na něm podílela skupina odborníků z CEITEC VUT i z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Základní tříletý výzkum objevil zcela nové souvislosti a výzkumníci by proto rádi navázali na dosavadní úspěch dalšími projekty.
Ačkoliv od sebe výzkumná skupina Pokročilé keramické materiály z CEITEC VUT a oddělení Aplikované plazmochemie PřF MU sídlí asi pět kilometrů, odborníci z obou týmů se potkali až před pár lety v Trenčíně. „Seznámili jsme se na schůzce mezinárodního projektu na Slovensku a zjistili jsme, že tým z Masarykovy univerzity umí a aplikuje na plasty novou technologii ovlivňování povrchu látek. Napadlo nás, že bychom mohli vyzkoušet, co to udělá s výslednými vlastnostmi keramického produktu. Udělali jsme pár prvotních experimentů, a protože se zdálo, že to funguje, rozhodli jsme se společně podat projekt,“ popsal začátek hlavní koordinátor projektu Karel Maca z CEITEC VUT.
Konkrétně se jednalo o tříletý projekt pod záštitou Grantové agentury ČR s názvem Fyzikální aktivace povrchu keramických částic jako nástroj pro zlepšení vlastností jemnozrnné pokročilé keramiky řešený v letech 2017-2019. Tým z Aplikované plazmochemie nejprve řešil, jak jemné prášky, které jsou nutné k výrobě pokročilé keramiky, dát do kontaktu s výbojovou plazmou. „Následně jsme pak řešili, jak charakterizovat změny, ke kterým na částicích dochází. Nevěděli jsme totiž, co plazma s jemnými prášky udělá. A standardní techniky jako infračervená spektroskopie se v tomto případě ukázaly jako nevhodné. Jako velmi užitečné se však ukázaly termoluminiscence a termální desorpční spektroskopie,“ popsal docent Jozef Ráheľ z Masarykovy univerzity.
Odborníci z CEITEC VUT následně modifikované částice využívali v kombinaci s klasickými i moderními keramickými technologiemi a zkoumali případné přínosy tohoto zatím nevyzkoušeného postupu. Část výzkumu byla pod vedením doktora Daniela Drdlíka věnována experimentům s elektroforetickou depozicí keramických částic. „Ukázalo se, že díky povrchové úpravě částic dokážeme eliminovat některé nutné složky v používaných suspenzích, které mohou být ze své podstaty nevhodné pro životní prostředí. Zjistili jsme také, že elektroforéza může sloužit jako diagnostický nástroj zkoumání míry ovlivnění částic. Byli jsme schopni díky tomu stanovit, kolik částic bylo plazmou opracováno,“ upřesnil zaměření Daniel Drdlík s tím, že toto zjištění může zpětně vést k úpravě designu technologie plazmování.
Další skupina výzkumníků a studentů pod vedením doktora Václava Pouchlého zkoušela, jak se bude keramika chovat během vysokoteplotního výpalu. „Zjistili jsme, že když upravíme povrch částic, materiál se při vypalování chová jinak. Konkrétně při vypálení na běžnou teplotu dosahoval lepších vlastností. Jinými slovy, abychom dosáhli standardních vlastností keramiky, stačilo nám vypalovat na nižší teploty, což je samozřejmě ekonomicky a energeticky výhodné,“ přiblížil Václav Pouchlý.
Výstupem rozsáhlého projektu, do kterého byla zapojena i řada studentů VUT a Masarykovy univerzity, je mimo jiné i deset publikací. Ty byly odbornou komunitou oceněny zejména pro zcela nová zjištění i postupy. „Nejdůležitější, co celý projekt ukázal, je skutečnost, že i malá změna povrchových vlastností dokáže přinést makroskopický efekt. S tímto poznatkem nyní pracujeme dále,“ uzavřel Karel Maca. Výzkumníci už proto podali žádost o navazující projekt a doufají, že budou své poznatky moci rozvinout ještě více.
Na fotce zleva: doc. Jozef Ráheľ, dr. Václav Pouchlý, prof. Karel Maca, dr. Daniel Drdlík
Jeden z projektů hodnocený Grantovou agenturou České republiky stupněm vynikající je projekt Kinetika ukládání vodíku v nových komplexních hydridech typu (Mg-Ni-M-S)-H.
Projekt vedený Jiřím Čermákem z Ústavu fyziky materiálů AV ČR Brno byl koncipován jako příspěvek prohlubující současný stav poznání ve velmi živé vědecké oblasti s mimořádně velkým společenským a aplikačním potenciálem. Jedná se o nalezení způsobu, jak efektivně, bezpečně a levně ukládat a transportovat energii ve formě potenciální chemické energie vodíku. Vyřešení tohoto problému může zásadním způsobem ovlivnit rozvoj tzv. vodíkové energetiky, která bude šetrná k životnímu prostředí a umožní řadu technických aplikací. Výstupem projektu bylo pět velmi kvalitních publikací v renomovaných mezinárodních časopisech a výsledky byly prezentovány na šesti mezinárodních konferencích.
Proč jste se rozhodli věnovat v projektu právě tomuto tématu?
Byla to především velká společenská výzva. I laická veřejnost vnímá zprávy o sestrojení dopravních prostředků a jiných zařízení na „vodíkový pohon“. Zdůrazňují se přitom především ekologická hlediska: odpadním produktem přeměny energie uložené ve vodíku je totiž jen vodní pára. Nezanedbatelné hledisko je také prakticky nevyčerpatelný zdroj vodíku na Zemi, který se vlastně ve „vodíkovém energetickém cyklu“ stále obnovuje. Co se týká dnešního stavu techniky, ve zmíněných zařízeních je vodík uložen buď v tlakových kontejnerech, nebo v kapalné formě. Žádný z obou způsobů uložení není ani bezpečný, ani levný. Náš projekt se zabýval ukládáním vodíku v pevných látkách – v podobě hydridů. Pro laika je obvykle velkým překvapením, že tímto způsobem lze uložit více vodíku, než zabere stejný objem vodíku zkapalněného. Přitom odpadají rizika a řada nevýhod obou dosavadních způsobů ukládání.
Jak byste laické veřejnosti vysvětlili, co bylo jádrem vašeho výzkumu?
Pokud bychom se přidrželi příkladu aplikace vodíkového pohonu v dopravních prostředcích, tak bychom mohli říci, že projekt podstatně přispěl k řešení problému bezpečné a efektivní nádrže na palivo.
Můžete nám více přiblížit, co přesně jste v projektu zkoumali?
Hledali jsme nové materiály, které dokážou pojmout co nejvíce vodíku, a pak jej také snadno uvolnit. To znamená, že jejich pracovní tlak a teplota jsou co nejblíže požadavkům technické praxe. Je známo, že jedním z prvků, které pojmou hodně vodíku je hořčík. Proto jsme se soustředili na komplexní hydridy, jejichž hlavní složkou je právě tento prvek. Zkoumali jsme vhodné způsoby přípravy úložného média a vliv katalýzy vybranými přísadami na sorpční proces. Testovali jsme postupně vliv řady přísad a různých struktur média.
Jak projekt zapadá do vaší profesní koncepce?
Projekt není výsledkem našeho krátkodobého zájmu o tuto problematiku. Ukládáním vodíku v pevných látkách se náš malý tým systematicky zabývá již velmi dlouho. V letech 2007 a 2009 jsme získali podporu GAČR (projekt 106/07/0010 – Difúze vodíku v Mg-Ni slitinách modifikovaných vybranými prvky potlačujícími stabilitu hydridů a projekt 106/09/0814 – Kinetika desorpce vodíku v intermetaliku Mg2Ni-H modifikovaném vybranými intersticiálními elementy). V r. 2009 nám byla udělena Cena AV ČR za kolekci prací nazvanou „Hydrogen storage“ a v r. 2011 jsme dosáhli patentového krytí jedné naší úspěšné slitiny. Výrazným rysem našich profesních aktivit je tedy kontinuita. Ze zkušeností jsme čerpali i při řešení tohoto projektu. Za zmínku také stojí fakt, že jeden z publikačních výstupů projektu byl vyhodnocen mezinárodní výběrovou komisí AIE (Advances In Engineering – viz web „https://advances ENG.com“) jako „článek klíčového významu řadící se k excelentním výsledkům vědy“. Komentář k článku i celý text byl vystaven v sérii AIG, což je prestižní a velmi viditelné místo jak pro akademickou, tak i pro technickou odbornou veřejnost.
Co bylo při řešení v projektu nejnáročnější?
Nejobtížnějším na tomto projektu, ale na celé této problematice je obecně její vázaný mnohaparametrový charakter. Technických požadavků na vlastnosti sorpčního média je celá řada. Významnou je rovněž přijatelná materiálová a výrobní cena. Stručně vyjádřeno, hlavní obtíž spočívá v tom, že zlepšení jednoho z parametrů je dosaženo za cenu zhoršení jiného, nebo hned několika dalších. Například dosažení termodynamicky snadnějšího uvolnění uloženého vodíku je většinou spojeno s nežádoucí redukcí sorpční kapacity. Velkým úspěchem je proto nalezení současného zlepšení alespoň dvou charakteristik sorpčního média.
Bude možné získané poznatky využít v praxi?
Ano. Jde o základní materiálový výzkum, ale v tomto případě silně orientovaný na aplikační požadavky. Je však správné na tomto místě poznamenat, že reálné využití výsledků projektu v praxi je podmíněno zvládnutím dalších článků energetického řetězce (zvýšení účinnosti palivových článků, nalezení ekologicky přijatelné výroby samotného vodíku aj.). To je však mimo rámec tohoto projektu.
Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány?
Hledáme další vhodné slitiny a dosud nevyužité způsoby katalýzy sorpce vodíku. V nejbližší době se chceme zaměřit na sorpční vlastnosti některých vybraných HEA slitin (High Entropy Alloys – mnohakomponentní materiály, vyvinuté původně pro jiné účely, ale s předpokladem perspektivních sorpčních vlastností).
Mohl byste krátce popsat váš řešitelský tým a zázemí?
Jsme malý, ale efektivně fungující čtyřčlenný výzkumný tým. Vedení je věcí RNDr. Jiřího Čermáka, ale na vlastní výzkumné činnosti se podílí všichni členové. Ing. L. Král, PhD. je vynikající expert v oblasti elektronové mikroskopie, doménou Ing. P. Roupcové, PhD. jsou studie metodou XRD. Ing. T. Káňa, PhD. prováděl výpočty ab initio. Všichni členové týmu jsou kmenoví zaměstnanci ÚFM AV ČR Brno, ale kromě vlastní laboratoře využíváme i přístupu na experimentální zařízení CEITEC VUT Brno. Velmi si ceníme účinné podpory Grantové Agentury České republiky. Zvláštní zmínku rádi věnujeme podpoře našeho pracoviště, které vytváří dobré podmínky pro řešení kvalitních projektů základního výzkumu.
Na fotografii zleva: L. Král, T. Káňa, J. Čermák, P. Roupcová
Autor textu: Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i.
Spintronika je rychle se rozvíjející moderní obor materiálového výzkumu, mikroelektroniky a fyziky pevných látek s velkým vědeckým i aplikačním významem. Hraje klíčovou roli v oblasti magnetických pamětí a senzorů. Na prohloubení našich znalostí v této oblasti pracoval v rámci projektu Grantové agentury České republiky „Centrum spintroniky“ v letech 2014–2018 tým více než 20 vědců a studentů pod vedenímprofesora Tomáše Jungwirtha z Fyzikálního ústavu Akademie ČR. Projekt byl velmi úspěšný. Bylo vytvořeno přes 85 publikací uveřejněných v zahraničních vědeckých časopisech s vysokým IF. Deset článků s výsledky projektu mezi lety 2014-2018 je dnes na Web of Science označeno jako „Highly Cited Paper“, tedy do 1 % nejcitovanějších v oboru. V projektu byly získány významnévýsledky v oblasti relativistických spintronických jevů, které byly využity pro vytvoření nového konceptu paměťových součástek založených na antiferomagnetických materiálech.
Pane profesore, můžete na úvod více vysvětlit termín „spintronika“?
Na rozdíl od běžné polovodičové mikroelektroniky, založené na náboji elektronu, využívá spintronika také spin elektronu. Z hlediska praktického využití můžeme najít základy oboru už na konci devatenáctého století, kdy vedle gramofonu byl vynalezen i zvukový záznam na magnetický drát, později pásek nebo disk. Spiny elektronu měly na svědomí ale pouze magnetismus na záznamovém médiu, zatímco k zápisu a čtení zvuku a později dat se používaly elektromagnety (cívky) využívající zase jen proudy nábojů elektronů.
O aplikované spintronice tak většinou hovoříme až v případě, kdy spin elektronu hraje klíčovou roli také při čtení nebo i zápisu informace v paměťovém zařízení. Spintronické součástky pro čtení bývají nazývany magneto-odpory, protože stejně jako záznamové medium jsou konstruovány z magnetických materiálů. První magneto-odpor popsal už lord Kelvin v polovině 19. století, ale cívku pro čtení informace na pevných discích nahradil až v devadesátých letech 20. století.
Tato historická varianta ale byla na přelomu tisíciletí nahrazena nově objeveným tzv. gigantickým magneto-odporem a v té době se taká ujal termín spintronika. Díky gigantickému magneto-odporu, za který byla v roce 2007 udělena Nobelova cena, hrají dodnes pevné disky klíčovou úlohu pro ukládání informací a bez nich by nebyl představitelný exponenciální nárůst množství dat, které dnes máme přes internet k dispozici. I díky spintronice tak dnes nazýváme data díky jejich ekonomickému významu ropou 21. století.
Aplikovaná spintronika ovšem nekončí u pevných disků. Dnes existují i komerční magnetické operační paměti, které kombinují možnost trvalého uložení informace jako u polovodičových „flash“ pamětí s rychlostí polovodičových operačních pamětí. Otevírají se tak nové možnosti integrace a energetické úspornosti v mikrosoučástkách. To jsou zvlášť důležité parametry pro rodící se svět internetu věcí a pro zpracování obrovského množství dat např. pomocí nástrojů umělé inteligence.
Z hlediska základní fyziky bylo pochopení elektronového spinu jedním z prvních významných úspěchů kvantové relativistické fyziky, která se zrodila ve dvacátých a třicátých letech 20. století. Po sto letech ale stále zůstává mnoho otevřených otázek okolo kolektivního chování spinů v krystalech, které způsobuje magnetické chování látek. Stále také přicházíme na nové jevy, které se týkají vzájemného ovlivňování spinu a magnetismu na jedné straně a elektrických proudů nebo optických pulzů na straně druhé. Některé z objevů posledních desetiletí si už hledají cesty ve vývoji nových typů magnetických pamětí, jiné otvírají budoucí možnosti např. v zápise informace ultra-rychlými optickými záblesky nebo ve vývoji součástek pro umělé neuronové sítě.
prof. Tomáš Jungwirth, Ph.D.
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Původní projekt navazoval na dřívější práce našeho týmu, kdy jsme spoluobjevili tzv. spinový Hallův jev. Kvantová relativistická fyzika v něm dává možnost během elektrického proudového pulzu dočasně zmagnetovat libovolný vodič, tedy i takový, který je vyrobený z nemagnetického materiálu. Později se ukázalo, že když je takový spinový Hallův vodič v kontaktu s magnetickým médiem, tak do něj dokáže elektricky zapsat data. Dnes je tento jev podstatou komerčního vývoje nového typu magnetických operačních pamětí s vysoce efektivním způsobem elektrického zápisu. Kromě této oblasti jsme v projektu zkoumali, jak obdobné principy zápisu rozšířit z elektrických pulzů do ultra-krátkých optických záblesků. A nakonec jsme i začali zkoumat, jak obdobné fyzikální jevy využít ke konstrukci magnetických pamětí založených místo feromagnetů na tzv. antiferomagnetech.
Ty se vyskytují mnohem častěji než feromagnety, ale zůstávaly téměř neprobádané a bez praktického využití. Sousední atomy v krystalu totiž mají své magnety orientované opačným směrem (odtud název antiferomagnet), takže navenek se takovéto magnetické uspořádání obtížně detekuje a ovládá. My jsme ukázali, že s pomocí kvantové relativistické fyziky to jde nakonec docela snadno, takže jsme mohli zkonstruovat i demonstrační prototyp antiferomagnetické paměti ovládané z počítače přes běžné USB rozhraní. Jednou z výhod takové paměti je odolnost vůči i velmi silným rušivým magnetickým polím. Další je pak o mnoho řádů vyšší rychlost zápisu a vlastnosti, které se blíží více neuronům v mozku než klasickým digitálním počítačovým součástkám. Tady už ale předbíhám do výsledků navazujícího projektu GAČR-EXPRO, který řešíme od roku 2019.
Laboratoř materiálů
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Výzkum probíhal, a i dále probíhá, ve společné Laboratoři opto-spintroniky Fyzikálního ústavu Akademie věd a Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy s více než dvaceti vědci a studenty a také techniky, kteří pomáhají udržovat v chodu komplikovaná laboratorní vybavení. Ta zahrnují metody od přípravy samotných magnetických materiálů po jednotlivých atomových vrstvách a výroby součástek nanometrových rozměrů až po optické experimenty na časových škálách femtosekund. Důležitou součástí našeho týmu je i teoretická skupina pro výpočty materiálových vlastností a fyzikálních jevů z prvních principů a pro modelování spintronických součástek. Přestože tak „doma“ umíme realizovat celý řetězec prací od teoretické předpovědi až po realizaci experimentální součástky, tak velmi intenzivně spolupracujeme s dalšími skupinami v Česku i v zahraničí. Tyto spolupráce podporují mimo jiné evropské granty (např. dva granty Evropské výzkumné rady) nebo soukromé subjekty jako firma Hitachi nebo Nadační fond Neuron.
Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?
Například oblast výzkumu antiferomagnetických pamětí byla v původním projektu jen okrajová. Výsledky nicméně vysoce předčily naše původní očekávání a obor se dnes již ve světě etabloval jako samostatná rychle se rozvíjející disciplína. To dokládá například pozvání přednést v roce 2018 plenární přednášky na třech nejvýznamnějších mezinárodních kongresech o magnetizmu v Asii, USA a Evropě a pozvání koordinovat přípravu speciálního vydání časopisu Nature Physics v roce 2018 k tématu antiferomagnetické spintroniky za účasti 24 předních světových pracovišť.
Laboratoř optiky
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
Jak jsem zmínil výše spinový Hallův jev, který jsme také v projektu dále studovali, je dnes již ve stádiu komerčního vývoje magnetických pamětí. Naše původní pozorování jevu je ale práce stará již více než patnáct let. Výzkum antiferomagnetické spintroniky je obor, který se teprve rodí, takže je obtížné odhadnout v jakém časovém rámci bychom se mohli dočkat prvních aplikací. Již dnes je ale součástí našeho týmu skupina inženýrů, kteří připravují testovací obvody pro případné budoucí aplikace. Ty by se ale již musely vyvíjet v mikroelektronických firmách, mezi kterými je např. Hitachi naším dlouhodobým partnerem jak ve výzkumu, tak i ve společné ochraně intelektuálního vlastnictví.
Budete zjištěné informace dále rozvíjet?
Výše už jsem naznačil pokračování našeho výzkumu se zaměřením na antiferomagnety v rámci projektu GAČR-EXPRO 2019-2023. Mezinárodní spolupráci v této oblasti pak rozvíjíme za podpory evropského grantu Horizon 2020 Future and Emerging Technologies, který koordinujeme a na kterém se účastní tři ústavy Maxe Plancka z Německa a dále univerzity z Německa a Velké Británie.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
V krátké době nám vyjde článek v Nature Elektronics, kde ukazujeme zápis pomocí nového fyzikálního principu do antiferomagnetické součástky pomocí elektrických pulzů od mikrosekund po nanosekundy a také pomocí ultrakrátkého pulzu generovaného femtosekundovým laserem. Součástka má také zajímavé chování v závislosti na počtu, pořadí a časovém odstupu mezi zapisovacími pulzy, čímž připomíná vlastnosti neuronových sítí spíše než klasických digitálních součástek.
Petr Němec, Vít Novák, Tomáš Jungwirth
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
V poslední době jsem nezaznamenal výpadky systému a obecně mi dnes podávání grantové přihlášky a grantových zpráv připadá obdobné, jako ve standardních zahraničních agenturách.
Poznámka: Na úvodním obrázku vidíte členy týmu Laboratoře materiálů.
Biologické centrum Akademie věd v Českých Budějovicích zaznamenalo celosvětový úspěch. Parazitologové otestovali vakcínu, která vykazuje 100% účinnost vůči všem druhům bakterií rodu Borrelia. K tomu významně přispěly také dva projekty základního výzkumu podpořené Grantovou agenturou ČR. S parazitologem Radkem Šímou jsme se bavili nejen o vývoji a budoucnosti této vakcíny, ale také o promořenosti klíšťat v ČR a jeho práci během pandemie koronaviru. Pracoviště se totiž během jediného víkendu podařilo proměnit v laboratoř testující vzorky na přítomnost COVID-19.
Jak dlouho se lidstvo snaží vyvinout vakcínu proti borelióze? Toto infekční onemocnění přenášené klíšťaty, pokud zůstává neléčeno antibiotiky, postihuje nervovou soustavu, srdce či klouby.
Bakterie rodu Borrelia, které způsobují onemocnění borelióza, byly poprvé popsány počátkem 80. let minulého století v USA. Od té doby směřujeme k tomu, abychom pochopili, jak se borelie přenáší z klíštěte do hostitele. Ten přenos se samozřejmě snažíme zastavit. Jedna vakcína proti borelióze se na trhu již objevila, a to v roce 1998 v USA. Bohužel měla řadu negativních vedlejších účinků a celkově nebyla příliš úspěšná. Po čtyřech letech byla stažena.
Promořenost klíšťat boréliemi je u nás kolem 20 %. Výskyt klíšťat se nějak zásadně nezvyšuje, migrují ale také do vyšších nadmořských poloh.
Aktuálně jsme otestovali vakcínu, která navazuje na dřívější očkovací látku. Působí na všechny druhy borelií. Těch je k dnešnímu dni známých 23. Imunitní systém pozitivně ovlivněný novou vakcínou dokáže velmi rychle a spolehlivě rozpoznat borelie vstupující z klíštěte do hostitele. Specifické protilátky se totiž navážou na povrch borelií a imunitní systém je následně zničí. Nová vakcína byla navíc navržena tak, aby negativní vedlejší účinky byly minimalizovány.
Pro vývoj vakcín je zcela zásadní základní výzkum a v tomto případě také detailní pochopení přenosu borelií z klíštěte do hostitele. V jednom z realizovaných projektů GA ČR jste také zkoumal rozdíly mezi klíšťaty pohybujícími se v Evropě a USA.
Ano. Interakce mezi boreliemi a klíšťaty studuji asi 9 let. V rámci základního výzkumu jsem realizoval dva projekty GA ČR řešící tuto problematiku. Výzkumný projekt, který skončil v roce 2019, byl zaměřen na detailní popis přenosu borelií prostřednictvím evropského druhu klíštěte Ixodes ricinus do svých hostitelů. Zjistili jsme, že způsob přenosu a chování borelií v evropských klíšťatech se liší oproti doposud všeobecně uznávanému modelu platnému pro americká klíšťata. To bylo naprosto zásadní pro další výzkum a výsledky. Díky našim poznatkům můžeme lépe vybírat cíle, proti kterým máme směřovat vakcinační strategie. Naše zjištění jsme shrnuli v obsáhlé publikaci. Tu odborná veřejnost velmi dobře přijala.
Základní výzkum a projekty Grantové agentury ČR zcela zásadně přispěly k aktuálním výsledkům při testování 100% úspěšné vakcíny proti Lymeské borelióze.
O nebezpečnosti klíšťat a onemocněních, která přenášejí, slýcháme poměrně často. Je v posledních letech jejich výskyt větší? A jaká je vlastně promořenost klíšťat boréliemi?
Klíšťata jsou poměrně vděčné mediální téma. Dramatický nárůst určitě nepozorujeme. Zajímavé je, že se šíří do nových oblastí, třeba vyšších nadmořských výšek. To ale souvisí s měnícími se klimatologickými podmínkami.
Každé páté klíště v ČR v sobě nese borelie, promořenost klíšťat v ČR je tedy nějakých 20 %. Po celé republice je i přes drobné výkyvy v řádu procent v tomto ohledu situace obdobná.
Pokud chceme co možná nejvíce eliminovat riziko přenosu infekčních onemocnění přenášených klíšťaty, musíme klíště co nejrychleji najít a vyndat jej. Jakýmkoli způsobem. Tím se riziko opravdu minimalizuje.
Borrelie
Na testování vakcíny spolupracujete s americkou pobočkou farmaceutické společnosti Sanofi, která vakcínu vyvinula. Kdy se můžeme těšit na to, že bude vakcína volně dostupná?
Vakcína byla doposud otestována na myších. Pro to, aby se dostala na trh, bude třeba provést důkladné klinické testování na lidech, dobrovolnících. Zde bude zásadní rozhodnutí farmaceutické firmy, zda další vývoj finančně podpoří. Když bychom uvažovali o testování ve zrychleném režimu, vakcína by mohla být na trhu třeba do pěti let.
Jaké jsou Vaše plány do budoucna, kam směřujete svůj další výzkum?
Rádi bychom navázali na předchozí projekty, díky nimž se nám podařilo zpochybnit některá dlouholetá dogmata týkající se přenosu borelií. Následující výzkum a případný projekt podpořený GA ČR by byl logickým pokračováním projektů předchozích. Chtěli bychom se detailně zaměřit na další aspekty přenosu, popsat je a pokusit se najít slabá místa interakce mezi borelií a klíštětem. Na ta pak můžeme ještě lépe cílit již zmíněnými vakcinačními strategiemi.
Laboratoře základního výzkumu jsme přes víkend s kolegy zvládli přetvořit v diagnostické pracoviště pro testování vzorků na přítomnost COVID-19.
Jak se přizpůsobilo Vaše pracoviště pandemii koronaviru? Ovlivnil nouzový režim výzkum?
Patřili jsme mezi ta pracoviště, která se aktivně zapojila do diagnostiky COVID-19 a přizpůsobila se okamžitě aktuálním potřebám. Od konce března aktivně diagnostiku provádíme, což samozřejmě ovlivnilo naši běžnou práci i výzkum. V poslední době ale najíždíme do normálního režimu. Měl jsem velkou radost z toho, že jsme v podstatě během víkendu dokázali přestavět vědeckou laboratoř na diagnostickou. Tímto děkuji všem kolegům, kteří neváhali a do diagnostické činnosti se bez váhání zapojili.
RNDr. Radek Šíma, Ph.D. vystudoval molekulární biologii a genetiku na Biologické fakultě Jihočeské univerzity a molekulární patologii na Lékařské fakultě Univerzity Karlovy. Na Parazitologickém ústavu Biologického centra AVČR se zabývá studiem klíšťat, zejména ve vztahu k přenášeným patogenům. Vyvíjí laboratorní modely nejčastějších klíšťaty přenášených onemocnění, které jsou následně využívány k testování klíštěcích molekul zahrnutých v přenosu a přežití patogenů. Podílí se na řešení mezinárodních projektů, jejichž cílem je vývoj vakcín proti klíšťatům a jimi přenášeným onemocněním.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) podporuje základní vědecký výzkum v ČR prostřednictvím peněžitých grantů. Vědecké a výzkumné projekty jsou vybírány na základě každoročně vyhlašované veřejné soutěže. Dále GA ČR financuje bilaterální projekty a projekty v evropských mezinárodních programech.
Výzkum stárnutí prochází převratným obdobím – ukazuje se, že současné teoretické základy našeho chápání evoluce a mechanismů stárnutí nemohou dobře vysvětlit pozorované aspekty stárnutí v přirozených podmínkách. Jedním z faktorů je nedostatek informací o vzájemných vztazích mezi demografickými, evolučními a funkčními aspekty stárnutí u přirozeně žijících populací. I lidé prošli v posledních staletích významnými demografickými změnami.
„Přínosem studia stárnutí u divoce žijících populací zvířat je především pochopení vlivu ekologických faktorů pro jeho evoluční dynamiku,“ říká v rozhovoru doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd ČR. Jako řešitel projektu GA ČR „Stárnutí v přirozených populacích: od demografie po genovou expresi“ problematiku stárnutí zkoumal.
Hlavním předmětem zájmu projektu byl halančík, malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, vzhledem k jejich rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých a nám blízkých, ale dlouho žijících obratlovců. Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Halančíci jsou hojně využívaným modelovým druhem pro výzkum různých aspektů stárnutí. Našim cílem bylo zjistit, jak probíhá život těchto ryb, od narození do smrti, v přírodních podmínkách. K tomu jsme potřebovali pravidelně navštěvovat několik vzdálených populací halančíků, sledovat jejich počty v konkrétním čase, odebírat vzorky tkání na pozdější analýzy a zaznamenávat, jak se mění parametry jejich prostředí. To vše jsme potom vyhodnotili s ohledem na stárnutí a přežívání ryb v daných populacích.
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Na samém začátku byla půlroční terénní expedice do jižního Mosambiku naplánovaná tak, aby pokryla období dešťů, kdy se halančíci líhnou, a několik následujících měsíců, během nichž tůně s halančíky postupně vysychají. Mosambik se nevyznačuje zrovna vyspělou infrastrukturou. Dva členové týmu, Milan Vrtílek jako postdoktorand a Jakub Žák, dobrovolník a současný doktorský student, proto pobývali půl roku v Mosambiku v zapůjčeném terénním autě. Tři další členové týmu do Mosambiku střídavě jezdili, pomáhali v terénu a odváželi cenné vzorky do laboratoře. V Evropě byly potom vzorky analyzovány z pohledu genové exprese, metabolomiky, či histologie – za účasti mnoha kolegů v rámci týmu i ve spolupráci s laboratořemi v Česku a jinde v Evropě.
Halančík Nothobranchius furzeri – můžete tuto rybu více přiblížit? Proč jste právě tento druh v projektu využili, čím je ryba zajímavá?
Tento halančík je malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně, které se plní sezónními dešti. Jedním z vedlejších výsledků našeho projektu bylo zjištění, že tento druh halančíka může dospět již za 2 týdny po vylíhnutí z jiker a stihne se rozmnožit i v tůních, které existují méně než 3 týdny. Jikry přežívají naprostou většinu roku ve vyschlém bahně, ve stádiu takzvané diapauzy. V té době je jejich metabolismus minimalizován a embrya přežijí nejen vyschnutí, ale třeba i úplnou absenci kyslíku.
Tato ryba má tedy dvě vývojové fáze. Jako embryo se její vývin může na mnoho měsíců úplně zastavit. Po vylíhnutí naopak vše probíhá ve zrychleném módu a během pár týdnů stihne halančík projít všemi fázemi života až po senescenci, kdy začínají selhávat jednotlivé funkce organismu a dochází k stárnutí typickému pro ostatních obratlovce, včetně člověka.
V základním popisu projektu jsem narazil na výrazy jako „histopatologie….markery oxidačního stresu tkání…regulace genové exprese“. Můžete tyto pojmy více vysvětlit?
V rámci projektu jsme zkoumali, zda halančíci během života prochází podobnými změnami jako ostatní obratlovci, včetně člověka. Určité projevy stárnutí jsou podobné pro většinu živočichů. Histopatologickými vyšetřeními jsme například zaznamenávali změny v jaterní tkáni, především s ohledem na výskyt nádorů, které pozorujeme u halančíků v zajetí.
Oxidativní stres vzniká jako vedlejší produkt základních buněčných procesů a způsobuje širokou škálu problémů. Zjednodušeně se jedná o poškození volnými radikály, které se uvolňují během buněčného metabolismu. S věkem se dopady oxidativního stresu hromadí a nás zajímalo, jak tento nárůst souvisí s ostatními parametry stárnutí.
K regulaci genové exprese lze stručně říct, že popisuje, které geny jsou nejvíce aktivovány a přepisovány. Z toho vyvozujeme, jak jsou určité metabolické dráhy využívány a jak dobře fungují. Obecně víme, že ve starším věku bývá regulace genové exprese narušena – s nepříznivým vlivem na činnost tkání a orgánů.
Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?
Částečně ano, základní předpoklady se ukázaly platné. Ale zdaleka ne všechny. Například jsme předpokládali, že v přírodě budou halančíci vystaveni většímu stresu a náročnějším podmínkám prostředí. A že to uvidíme na rychlejším zhoršování jejich zdravotního stavu než v zajetí. Což se nepotvrdilo. Naším hlavním cílem bylo zjistit, zda a jak halančíci v přírodě stárnou, a to se nám zjistit podařilo.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
V tomto projektu jsme se zabývali obecnými otázkami stárnutí, ale výstupy vytváří základ pro konkrétnější otázky. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, v řádu měsíců, vzhledem k jeho rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých (octomilka, háďátko C. elegans) a obratlovců (např. myší). Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.
Jedním za navazujících témat je například současná spolupráce s týmem profesora Slabého z brněnského CEITECu, kde nás zajímá variabilita mutací zodpovědných za spontánní vznik nádorů. Mnoho informací o nádorových onemocněních pochází z laboratorních kmenů, které jsou nejprve cíleně upraveny tak, aby byly náchylné ke konkrétním problémům, a ty jsou potom léčeny. Stejná nádorová onemocnění však mohou vznikat rozdílnými mutacemi, což velmi zásadně ovlivňuje úspěšnost léčby. Věříme, že halančíci zde mohou pomoci.
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Některé články jsou citovány hojně. Třeba experimentální analýza vlivu mikrobiomu na přežívání z roku 2018, která vznikla ve spolupráci s kolegy z Max Planck Institutu v Kolíně nad Rýnem. Těm se podařilo významně prodloužit život halančíků tím, že jim transplantovali mikrobiom mladších jedinců. Tato práce je k dnešnímu dni podle Google Scholar citována 109x. Náš příspěvek spočíval v pochopení toho, jak vypadá a mění se mikrobiom ryb v přírodě a do jaké míry je mikrobiom halančíků v laboratoři možné považovat za přirozený. Ale i studie, které vznikly zcela z dat a vzorků nasbíraných během půlroční terénní práce, jsou na poměry našeho oboru, myslím, citovány docela obstojně – dva článku z roku 2018 mají přes 20 citací. V řadě ohledů jsme přinesli první poznatky o životě těchto modelových ryb v jejich přirozeném prostředí, takže doufáme, že o naše výsledky bude zájem dlouhodobě.
Budete zjištěné informace dále rozvíjet?
Během projektu jsme získali velké množství vzorků a dat, a nebylo v našich silách ani finančních možnostech je všechny zpracovat během tří let. Jak už to bývá, narazili jsme také na mnoho nových otázek, na které bychom se rádi podívali podrobněji.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
V současné době se náš výzkum stárnutí halančíků zaměřil na otázky týkající se rozdílů ve stárnutí uvnitř populací. Proč stárnou samci rychleji než samice? Jak souvisí délka života (a rychlost chřadnutí organismu) s investicí do potomstva? Jak se doba strávená v embryonální diapauze projeví na životě halančíků po vylíhnutí? A jaké jsou mechanismy těchto rozdílů?
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Určitě existují uživatelsky intuitivnější systémy, ale zvykl jsem si. Nejhorší by asi bylo ten systém neustále měnit.
Vibrační optická aktivita (VOA) zahrnuje rychle se rozvíjející flexibilní spektroskopické metody, které odkrývají strukturu biomolekulárních systémů. Ovšem k určení vztahu mezi spektrem a strukturou je třeba provádět počítačové simulace, které jsou náročné a současné postupy jsou pro mnohé experimenty nedostatečné.
Cílem projektu GA ČR „Kombinace klasických a kvantově-mechanických výpočetních technik pro vibrační optickou aktivitu“ bylo zlepšit přesnost a použitelnost tzv. multi-scale metod založených na kombinaci molekulové mechaniky a kvantové mechaniky, a to spojením molekulové dynamiky a přenosu vibračních tenzorů, zahrnutím anharmonických efektů, a vývojem modelů pro zesílenou a indukovanou VOA.
„Výpočetní postupy byly testovány na experimentálních datech. Projektu se účastnili dva vědečtí pracovníci a čtyři studenti magisterského a doktorského studia, projektový tým spolupracoval také s dalšími domácími i zahraničními pracovišti,“ říká vedoucí projektu profesor RNDr. Petr Bouř, CSc. z Ústavu organické chemie a biochemie AVČR.
Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity
Proč jste zvolil právě toto téma? V čem je významné/zajímavé?
Asi bychom měli nejdříve říct, že vibrační optická aktivita (VOA) je jedna z metod, kterou můžeme zkoumat molekuly. V tom jak molekula např. pohlcuje nebo polarizuje světlo, se odráží to, jak vypadá, jaké jiné molekuly jsou v blízkosti. VOA má různé výhody i nevýhody oproti ostatním metodám. Pro mě je zajímavé, že je to metoda historicky relativně nová, stále se rozvíjí, a je vhodná pro celou řadu biologicky zajímavých molekul, včetně např. léčiv a proteinů doprovázející neurodegenerativní choroby. Byly pokusy ji aplikovat i na viry. Výzkum optické aktivity také představuje velice zajímavou kombinaci fyziky, chemie a biologie. VOA spektrometry začínají být komerčně dostupné, ale zdaleka ještě nejsou běžnou součástí laboratoří. Možná bude čtenáře také zajímat, že Česká republika je v tomto ohledu velmoc, špičkové VOA laboratoře najdeme v Akademii věd, na Vysoké škole chemicko-technologické, Karlově univerzitě, nebo Palackého univerzitě v Olomouci. Je to zásluha české tradice fyzikální chemie i profesora Timothy Keiderlinga z University of Illinois at Chicago, který mnoho českých vědců a studentů do Chicaga pozval a zájem o metodu v nás probudil.
Profesor Timothy A. Keiderling, iniciátor VOA spektroskopie v Čechách
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Už víme, že interakce molekul a světla záleží na jejich struktuře. Rajčatová šťáva bude určitě obsahovat jiné molekuly než zelený špenát. Ale poznat jaké, není tak jednoduché. Můžeme si hrát s ozařováním různými druhy světla, včetně měření VOA, ale schází nám pojítko mezi spektrální odezvou a strukturou. Naštěstí vznik VOA v 70. letech minulého století by provázen rozvojem teoretických a výpočetních metod. Ty v zásadě umožňují spektra molekul simulovat, a tak ověřit, že naše představy o zkoumaném systému jsou správné. Ovšem přesně „spočítat“ i poměrně malou molekulu může trvat mnoho týdnů výpočetního času, a realistické modely pro biologicky relevantní systémy jsou dostupné teprve v posledních letech. Cílem projektu tedy bylo tyto výpočty urychlit a „napasovat“ na vibrační optickou aktivitu. V některých směrech se nám to povedlo velmi dobře, např. jsme ukázali, že čas pro přesný výpočet vibračních vlastností proteinu, který by konvenčními metodami dosahoval tisíce let, můžeme zkrátit na několik dní.
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Samozřejmě kvalita týmu je vždy rozhodující, a určitě bych měl poděkovat kolegům a spolupracovníkům Ústavu organické chemie a biochemie, kteří se nechali „zbláznit“ do problematiky opticky aktivní spektroskopie. Spolupracovali jsme i s podobně „postiženými“ vědci z Polska, Norska, Kanady, USA a Japonska. Projekt se dotknul i zhruba deseti studentů, ať už přímo financovaných z grantu nebo ne, např. v rámci jejich doktorských nebo bakalářských prací, měli jsme praktikanty ze zahraničí (program IAESTE) a gymnaziální studenty z „Otevřené vědy“. Na podmínky si tedy nemohu stěžovat. Někdy se dělaly experimenty, někdy bylo ovšem nutné zalézt domů „pod peřinu“ a strávit několik dní soustředěným programováním.
Skupina Biomolekulární spektroskopie před Ústavem organické chemie a biochemie
Potvrdily se předpoklady a cíle se kterými jste do projektu šli?
Naše představy, výpočty, závěry se vždy snažíme konfrontovat s experimentem. A ten je zpravidla nikdy zcela nepotvrdí. Nakonec už antičtí učenci věděli, že s počtem známého roste i počet neznámého. Ale když se nad tím zamyslíte, jinak by žádný výzkum ani neměl cenu. Jako jedno překvapení, které jsme zažili, mohu uvést objev magnetické Ramanovy optické aktivity u plynů jako je chlor nebo brom. Žádná teorie to nepředvídala, my jsme ten signál ale jasně viděli, a museli jsme ho teprve vysvětlit.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
To je v případě základního výzkumu samozřejmě citlivá otázka. Ne, že bychom se rádi rýpali v neužitečných věcech, ale pokud bych měl odpovědět upřímně, často to prostě nevíme. Každý objev nakonec našel uplatnění, a musíme přesvědčit mecenáše, v našem případě zejména veřejnost, že to tak bude i nadále. Ale abych nebyl takový pesimista, v případě VOA samozřejmě doufáme, že se uplatní v levnějších a rychlejších analýzách biomolekul, že polarizační metody se najdou použití v kvantových počítačích, budou pomáhat i v lékařské diagnostice, např. v rozpoznávání zdravých a nemocných tkáních. Výpočetní metody mohou nahradit drahé experimenty, uspíšit testování léků a přinejmenším omezit pokusy na zvířatech.
Simulovaná a experimentální VOA spektra alpha-helikálního proteinu
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Komunikace přes časopisy je zásadní pro kontakt s odborníky v oboru, ale v citovanosti nečekám rekordy. Na to je to téma přece jen dost úzké. Určitě jsme publikovali v prestižních časopisech a citovanost stále stoupá. Rozhodně máme radost, když vidíme, že naše programy, metody používají kolegové z Itálie, Německa, Japonska…
Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat?
Tak to rozhodně budeme, částečně to už děláme v návazném grantu GA ČR. Během projektu jsme například i navázali zajímavou spolupráci s profesorkou Y. Xu z Univerzity of Edmonton ohledně rezonančního Ramanova rozptylu, tj. další jevu z kategorie „VOA“, nebo s univerzitou v Krakově v oblasti tzv. chemického zobrazování.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
Kdybych to chtěl zlehčit, řekl bych, že na nezajímavých věcech prostě nepracujeme. To je jedna z výhod vědy. Nápadů máme celou řadu, jak jsem už prozradil, v průběhu řešení projektu se objely některé nové experimentální jevy, které vypadají jako velmi zajímavý problém na rozhraní optiky, spektroskopie, chemie a výpočetního modelování. S kolegy z Univerzity Palackého v Olomouci chceme zdokonalit zejména jednu oblast VOA, tzv. Ramanovu optickou aktivitu.
Petr Bouř
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Kdybych řekl, že mi administrativa, vyplňování všelijakých maličkých chlívečků, rostoucí stohy a stálé změny zadávací dokumentace nevadí, nikdo by mi nevěřil. Objektivně ale musím uznat, že grantový systém u nás funguje, a lidé v grantové agentuře jsou velice vstřícní. Ale spíše, než nad vyplňováním chlívečků bych rozpoutal diskuzi nad financováním vědy jako takovým. Kdysi jsme si na toto téma vyměnili dopisy s předsedou GA ČR, a shodli jsme se, že grantový systém je v zásadě špatný, ale nic lepšího není. Něco jako kapitalismus. V zásadě jde o to, že se nevěří lidem, vědcům, že jsou schopni produkovat něco užitečného bez biče. Ptám se ale, je to vždy pravda? Jak pracovali Heyrovský, Wichterle, Holý? Podchytí náš vědecký systém všechny talenty, které u nás máme? Jakou část svého času má produktivní vědec věnovat vyplňováním grantových přihlášek? Často nejde o vědu, ale o holé živobytí jeho a jeho studentů. Taková diskuze mi u nás – i ve světě – chybí.
Masožravé rostliny si vyvinuly specializované modifikované listy nazývané pasti, které vábí, zabíjejí a tráví živočišnou kořist, čímž získávají kompetiční výhodu nad nemasožravými rostlinami v prostředí chudém na živiny. Schopnost masožravých rostlin trávit těla kořisti enzymy podobnými těm, jež se nacházejí v tělech živočichů, je ta nejzajímavější.
Hlavním cílem juniorského projektu GA ČR „Regulace enzymatických aktivit v masožravých rostlinách“ bylo rozšířit znalosti o trávicích enzymech v masožravých rostlinách, o způsobu jejich regulace podněty získanými z polapené kořisti, najít význam a důležitost chitinas v rostlinném trávicím systému a také identifikovat zcela nové enzymy. Zabýval se také rolí fytohormonů v indukci enzymatických aktivit. Výsledky tohoto projektu poskytly nový náhled do trávícího systému masožravých rostlin, jejich životní strategie a molekulární evoluce. O projektu a světu masožravých rostlin jsme si povídali s jeho řešitelem doc. Mgr. Andrejem Pavlovičem, Ph.D., z Univerzity Palackého v Olomouci.
Projekt dosáhl skvělých výsledků. Aktuálně je na články z projektu asi 70 citací. Jeden z nich se dlouhou dobu držel mezi Highly Cited Paper na Web of Science. O zfilmování výsledků projevil zájem produkční štáb BBC Earth v rámci připravovaného dokumentu Green Planet pod vedením Davida Attenborougha. Výsledky se objevili na obrazovkách České televize a psala o nich i celosvětová média.
Předmětem zájmu vědců byla masožravka, která kořist chytá pomocí lepkavých žláznatých výčnělků na listech – tentakul. Vědci rostliny vystavili různým vnějším podnětům a zkoumali následné reakce, na jejichž počátku vždy stojí elektrický signál vysílaný tentakulami. Výzkum elektrické signalizace u rostlin mnozí odborníci poměrně dlouho opomíjeli, olomoučtí biofyzici s ním ale mají letité zkušenosti. Potvrdili, že elektrický signál stojí na počátku vjemů rostliny. V projektu popsali celý proces od vyslání elektrického signálu až po výslednou reakci rostliny.
Proč jste zvolil právě toto téma spojené s masožravými rostlinami? V čem je významné/zajímavé?
Mäsožravé rastliny sú nesmierne zaujímavou skupinou rastlín. Už na základnej škole nás učia, že rastliny sú producenti a živočíchy sú konzumenti, ktoré sa nimi živia. Mäsožravé rastliny túto trofickú pyramídu otočili naopak vo svoj prospech a živia sa živočíšnymi organizmami. A navyše to robia veľmi rafinovaným spôsobom. Málo ľudí vie, že mäsožravé rastliny fascinovali aj hádam najznámejšieho prírodovedca všetkých čias: Charlesa Darwina. Ako prvý na svete uskutočnil množstvo experimentálnych pokusov a je autorom vôbec prvej monografie o mäsožravých rastlinách z roku 1875. Mňa táto skupina rastlín fascinovala od malička, keď som mal asi 10 rokov začínal som ako zberateľ a pestovateľ, na univerzite potom záujem prerástol do práce. Je to moja celoživotná vášeň.
Andrej Pavlovič s mäsožravou rastlinou Nepenthes pervillei
Jak probíhala samotná práce na projektu (jak jste zjišťovali informace, v jakých podmínkách jste pracovali, jak velký byl tým, který na projektu pracoval atd….)?
Hlavná časť riešenia projektu prebiehala na Oddělení biofyziky, Centra Regionu Haná (CRH) pro biotechnologický a zemědelský výskum (CRH), Prírodovedeckej fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Využívali sme však aj prístrojovú techniku a spoluprácu s Oddělením biochemie proteinů a proteomiky CRH, Oddělením buněčné biologie CRH a Laboratoř růstových regulátorů ÚEB AV ČR. Poskytlo nám to veľmi dobré metodické a technické zázemie. Intenzívne sme ďalej spolupracovali s Katedrou fyziológie rastlín, Univerzity Komenského v Bratislave, ktorá ma de facto vychovala. Na projekte priamo pracovalo spolu asi 10 ľudí, tým, že sme však mali pomerne veľa ďalších spoluprác, ak zrátam všetky mená na článkoch, tak ich je aj 20.
Potvrdily se předpoklady a cíle se kterými jste do projektu šli?
Myslím, že áno. Na konci riešenia projektu som bol veľmi spokojný s výstupmi, ktoré sme dosiahli. Za niektorými výsledkami sme nešli cielene, skôr sme ich objavili náhodou. Ukázalo sa, že mäsožravé rastliny využívajú elektrickú a jasmonátovú dráhu signalizácie, ktorú skopírovali z obranných mechanizmov bežných rastlín. Preto ak rastlinu vystavíte útoku herbivora, správa sa rovnako ako keby chytila hmyz. Začne sekretovať tráviace enzýmy, schopné tráviť chitín, proteíny, DNA a RNA, teda molekuly bohaté najmä na dusík. Zaťažená touto evolučnou minulosťou sa nevie rozhodnúť správne. Až keď zacíti prítomnosť proteínov, spustí svoj tráviaci proces plnou silou. Tieto vnemy rastlina stráca ak je vystavená účinku niektorých anestetík. Nie je to prekvapujúce, nakoľko sa ukazuje, že elektrická signalizácia v rastlinách využíva podobné proteíny ako sú v našom mozgu. A práve na elektrické signály rastlín anestetiká cielia.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
To ukáže až čas. Jedna časť projektu, ktorá sa zaoberala vplyvom anestetík na rastliny a ich schopnosti inhibovať elektrickú signalizáciu by mohla mať takýto potenciál. Tá sa ocitla dokonca na stránkach The New York Times, Scientific American a stovky ďalších. To čo sme sa naučili na mäsožravých rastlinách, sa teraz snažíme aplikovať na bežných rastlinách. Elektrické signály sú totiž veľmi dôležité aj v živote bežných rastlín pri reakcii na rôzne biotické a abiotické faktory. Na tomto poli už pracujeme.
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Momentálne je na články z projektu asi 70 citácii. Jeden z nich sa pomerne dlho držal medzi Highly Cited Paper vo WOS. Dobré ohlasy sme dostali aj v rubrikách Commentary v Nature Plants a New Phytologist. Je to celkom dobré skóre, ak vezmem do úvahy fakt, že mäsožravé rastliny nie sú mainstream v rastlinnej biológii.
Titulná stránka k článku: Pavlovič A., Jakšová J., Novák O. (2017) Triggering a false alarm: wounding mimics prey capture in the carnivorous Venus flytrap (Dionaea muscipula). New Phytologist 216(3), 927-938
Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat?
Určite áno. Dá sa povedať, že stále nadväzujeme a rozširujeme na to, čo nám poskytol projekt GA ČR.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
Stále nás problematika regulácie enzymatickej aktivity v mäsožravých rastlinách zaujíma. Od ukončenia projektu sme na toto téma publikovali ďalšie 4 články. Zaujíma nás napríklad, či sa jasmonátova signalizácia uplatňuje aj pri iných vývojových líniách mäsožravých rastlín. To je zaujímavé hlavne z evolučného hľadiska. Pracujeme a chceme pracovať aj na problematike anestézie rastlín.
V ČR máme masožravé rostliny spojené s filmem Adéla ještě nevečeřela. Existuje na světě nějaký druh masožravé rostliny, který alespoň vzdáleně připomíná tu ve filmu?
Tento kultový film československej kinematografie mám veľmi rád. Treba povedať, že žiadna taká rastlina ako je Adéla z filmu neexistuje. Vo svete mäsožravých rastlín však existujú s filmom určité paralely. Napríklad existuje rosnatka adélina (Drosera adelae). Existujú mäsožravé rastliny s bleskurýchlymi pohybmi alebo napríklad také, ktoré dokážu uloviť drobných stavovcov.
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Prvýkrát to bolo náročnejšie, človek si ale rýchlo zvykne. Čo ma trápi viac je skôr nízka úspešnosť získavania ďalších projektov GA ČR. Narúša sa tým veľmi dôležitá kontinuita práce. To je ale na dlhšie rozprávanie …
Před šedesáti lety vyvěsil jeden z průkopníků české egyptologie profesor Zbyněk Žába u hrobky významného hodnostáře a vezíra ve starověkém Egyptě Ptahšepsese arabsky a anglicky napsanou cedulku „Pozor zde je pracoviště českého egyptologického ústavu“. Od té doby se česká egyptologie vypracovala díky novým a novým objevům na světové výsluní. Není tedy náhoda, že skvělé počínání našich dnešních vědců, zabývajících se historií starověkého Egypta, podporuje také GA ČR. Jeden z podporovaných projektů se jmenuje „Proměna egyptské společnosti v pozdní 5. dynastii dle dokladů z Džedkareova pyramidového komplexu“. O něm, ale především o fascinujícím pátrání po tajích starověké historie Egypta, jsme si povídali s řešitelkou projektu doc. PhDr. Hanou Vymazalovou, PhD. z Českého egyptologického ústavu. Právě její tým prozkoumal Chuyho hrobku a našel zde monument, který Archeology Magazine označil za jeden z 10 největších objevů roku 2019 a egyptské Ministerstvo pro památky za jeden z 5 nevýznamnějších objevů v Egyptě.
Proč jste si ke studiu vybrala právě téma starověkého Egypta a jak jste se k bádání o něm dostala? V čem je pro vás zajímavé, fascinující či inspirující?
Můj zájem o starověký Egypt se vykrystalizoval už na základní škole z širšího zájmu o historii, antiku a starověk. Egypt nabízí veliké množství různých úrovní, které lze zkoumat – od písma a jazyka, literatury, milostné poezie, přes náboženské představy a umění, až po památky typu pyramid nebo rozsáhlých chrámových komplexů. Různé typy pramenů lze vzájemně kombinovat, což je velice fascinující. Tato civilizace se rozvíjela po tisíce let a na první pohled se zdá neměnná a statická, ale při bližším pohledu lze zachytit postupný vývoj, období síly a jednoty, období úpadku, multikulturní trendy, silnou jednotící ideologii. Období, které označujeme za „historické“ trvalo přes 3000 let, k tomu ještě připočtěme dalších několik tisíc let vývoje prehistorických kultur, kdy Egypt nebyl ještě jednotným státem, ale už se zde rozvíjely představy, které později sehrály zásadní roli. Staroegyptská kultura navíc sehrála velice důležitou roli ve vývoji naší civilizace, najdeme zde kořeny vědních oborů, astronomie, základ kalendáře…
Archeologické práce v pyramidovém komplexu faraona Džedkarea v roce 2018 (foto Hana Vymazalová)
Můžete prosím přiblížit v čem je toto historické období zajímavé či inspirativní pro dnešní dobu?
Kromě archeologického výzkumu zkoumám texty, které poodhalují více o životě běžného člověka, pozadí všech těch překrásných a zajímavých monumentů. Například vědecké texty nesmírně přibližují život tehdejších lidí, protože v nich můžeme snadno poznat sami sebe – bolest břicha nebo kašel zažil každý a už i staroegyptští studenti se učili počítat třeba trojčlenkou. V hospodářských a administrativních záznamech z Abúsíru, které dlouhodobě zkoumám, se zase odráží běžný provoz institucí, které spravoval stát, a to zádušních kultů v pyramidových komplexech zemřelých panovníků a jejich propojení s královskou rezidencí. různými chrámy atp. V těchto textech najdeme neuvěřitelné podrobnosti o příjmech a výdajích zádušních kultů, rozpisy služeb kněží, kteří zde sloužili nebo výši jejich denních přídělů.
Co si máme představit pod pojmem „paleografie starohieratických textů“?
Jde o studium vývoje písma, formy znaků v nejstarší fáze egyptského jazyka na základě dokladů ze Staré říše. Oproti hieroglyfickému písmu se písmo hieratické používalo pro každodenní účely, včetně např. administrativních záznamů jako jsou abúsírské papyrové archivy, kterými se zabývám, stejně tak i pro různé nápisy na zdivu hrobek, jež zkoumáme, tzv. stavební grafita.
První pohled do zdobeného podzemí Chuyho hrobky (foto Hana Vymazalová)
Projekt spadající pod GA ČR, kterým se zabýváte, se jmenuje „Proměna egyptské společnosti v pozdní 5. dynastii dle dokladů z Džedkareova pyramidového komplexu“. Můžete prosím přiblížit proč se zaměřujete právě na toto historické období?
Důvodů je hned několik. Dlouhodobý výzkum Českého egyptologického ústavu FF UK v Abúsíru se zaměřuje na období 5. egyptské dynastie, kdy se začal nejstarší egyptský stát postupně proměňovat a započal tak vývoj, který o několik set let později vyústil v úpadek Staré říše. Náš projekt na tento český výzkum navazuje a rozšiřuje ho o další důležité prameny z jiné lokality. Zabýváme se vládou faraona Džedkarea, během které docházelo k významným společenským i náboženským změnám, jejich příčiny jsou ale zatím nejasné. Důvodem je částečně skutečnost, že dosud nebyla důsledně prozkoumána nejdůležitější památka té doby, totiž Džedkareův pyramidový komplex v jižní Sakkáře, který nám o jeho vládě může napovědět opravdu mnohé. Za Džedkareovy vlády, jež trvala přes čtyři desítky let, je totiž možné vysledovat (a datovat) změny, které lze považovat za vyvrcholení dříve započatého vývoje. Například právě za jeho vlády se změnila forma životopisů, jež si v hrobkách nechávali tesat ve svých hrobkách vysocí hodnostáři – zatímco dříve byl jediným původcem jejich úspěchu panovník, nyní najednou prezentují jakožto strůjce úspěchu sami sebe, moc krále tedy znatelně slábne. Zároveň probíhaly změny v oblasti náboženských představ a pohřebních zvyklostí, jejichž důvodům ještě zcela nerozumíme.
Jak takový projekt probíhá? Co vše zahrnuje? Jak se na něj připravujete?
Náš projekt zahrnuje terénní výzkum přímo v Egyptě i teoretickou část, tedy následnou analýzu získaných dokladů v širším kontextu. V Egyptě se zaměřujeme zejména na Džedkareův pyramidový komplex. Naší prioritou je prozkoumat královu pyramidu a přilehlý zádušní chrám, kde po stovky let probíhal králův zádušní kult, a také památku patřičně ochránit a zabezpečit. Během prvních dvou let řešení projektu jsme dokončili dokumentaci a celkovou konsolidaci vnitřních prostor pyramidy, zároveň probíhá podrobná dokumentace architektury zádušního chrámu, který obsahuje řadu na svou dobu výjimečných rysů. Komplex je sice již od starověku velice poničený, ale dosud lze rekonstruovat jeho původní plán a prozkoumat stavební postupy a použité materiály, které měly svou symboliku.
Práce v podzemí Chuyho hrobky (foto Hana Vymazalová)
Například pro dlažbu některých částí zádušního chrámu, kde probíhal Džedkareův zádušní kult, byl použit kalcit namísto tehdy obvyklého bazaltu. Zatímco bazalt odkazoval na černou zemi a její úrodnost, a tedy přeneseně vzkříšení, kalcitová podlaha symbolizovala čistotu. Současně dokumentujeme také tisíce zlomků reliéfní výzdoby, která obsahuje kromě obvyklých motivů i některá zcela jedinečná vyobrazení. V rámci projektu se nám podařilo prozkoumat i malé části pohřebiště, které králův chrám obklopuje. V sousedství králova zádušního chrámu jsme objevili vstup do pyramidového komplexu Džedkareovy manželky Setibhor a opodál hrobku hodnostáře Chuyho s nádherně zdobenou pohřební komorou, jež patří mezi vůbec nejstarší svého druhu v Egyptě. Právě tyto nové doklady nám pomáhají mapovat kousek po kousku Džedkareovu vládu.
V jakých pracujete v Egyptě podmínkách?
Hodně lidí mi při odletu přeje „hezkou dovolenou“, to asi ten Egypt. Ale skutečnost je trochu jiná. V terénu pracujeme šest dnů v týdnu od brzkého rána do odpoledne, než se příliš oteplí. I tak jsou teploty někdy i kolem 40 stupňů Celsia, na lokalitě není stín a slunce se navíc od písku a kamenné architektury hezky odráží. Občas se strhne písečná bouře. Uvnitř hrobek se zase potýkáme se stísněným prostorem a ohromnou prašností. Práce pokračuje i doma až do večera, kde je třeba zpracovat a utřídit pořízenou dokumentaci, zálohovat data, zorganizovat a připravit práci pro celý tým na další den. Během „volného“ pátku se musí stihnout vše ostatní. Přebýváme přímo ve vesnici Sakkára v domě, který patří egyptskému Ministerstvu pro památky, kde máme základní komfort, ale opravdu to není luxusní turistické středisko s bazénem.
Usazování kamenného obětního stolu na jeho původní místo v Chuyho kapli (foto Hana Vymazalová)
Z praktického hlediska pro nás nepříjemnou obtíž představuje velké zdražování, k němuž v Egyptě dochází po uvolnění měny v roce 2018. Důsledkem je, že ceny materiálu i služeb jsou nyní dvakrát až třikrát vyšší, než když jsme podávali žádost pro GA ČR, a stále stoupají. Schválený rozpočet ale nejde nafouknout. Snažíme se proto soustředit síly tak, aby byly dokončeny stěžejní části projektu, především výše zmíněný výzkum Džedkareova pyramidového komplexu. Další prioritou je nyní Chuyho hrobka – v tuto chvíli je důležitější ji ochránit, dokončit její restaurování a zpracovat nálezy než začít pracovat na dalším místě.
Jak víte, do jakých míst máte jít a pátrat?
Naším hlavním cílem je králův pyramidový komplex, který je vcelku zřetelně ohraničený ohradní zdí. Převážná část zádušního chrámu je dnes zakryta jen slabou vrstvou písku bez nálezů, protože už ve 40. a 50. letech 20. století zde pracovala egyptská archeologická expedice. Ta ale nikdy nezveřejnila výsledky své práce a jediný existující plán této památky je značně nepřesný. Právě to byl hlavní důvod, proč zde náš tým začal před 10 lety pracovat a postupně kousek po kousku dokumentovat pyramidu a zádušní chrám. Až v posledních letech jsme díky podpoře GA ČRu mohli začít pracovat i v místech, která zůstala dřívějšími archeology nedotčena. První z nich je severovýchodní sektor králova pyramidového komplexu, který pokrývalo 4–6 metrů původního pískového zásypu s velkým množstvím nálezů. Až v úrovni podlahy po 4 měsících intenzívní práce se ukázalo, že v tomto prostoru králův chrám končí a hned naproti se nachází vstup do pyramidového komplexu královny Setibhor.
Hana Vymazalová při dokumentaci nápisů v Chuyho hrobce (foto Mohamed Megahed)
K výzkumu Chuyho hrobky byl ale trochu jiný důvod. Pod povrchem pouště se rýsují zdi hrobek a není těžké vytipovat takové, které jsou na prominentních místech nebo mají nezvykle velké rozměry. Chuyho hrobku jsme vedli v patrnosti již po řadu let, protože se nachází hned vedle dnešní příjezdové cesty na kopci nad vesnicí a její východní stěna byla pod pískem zřetelně vidět. Snad proto přitáhla v roce 2017 pozornost moderních zlodějů. I když šlo jen o minimální zásah, místní inspektorát Ministerstva pro památky nás požádal, abychom zde co nejdříve provedli sondážní práce mapující stav památky. Vyplatilo se nám k tomuto kroku přistoupit na začátku 2. roku řešení projektu, kdy již práce v Džedkareově pyramidovém komplexu dostatečně pokročily a zároveň jsme měli časovou i finanční rezervu pro tento nový výzkum. Člověk totiž nikdy nemůže mít přesnou představu, co pod pískem najde. Očekávali jsme zničenou hrobku a našli jsme monument, který Archeology Magazine označil za jeden z 10 největších objevů roku 2019 a Ministerstvo pro památky za jeden z 5 nevýznamnějších objevů v Egyptě.
Můžete přiblížit laikovi v čem je tento objev tak významný?
Chuyho hrobka je výjimečná z několika důvodů. Její nadzemní část je poměrně dost zničená, ale měla velké rozměry a stavba samotná ukazuje, že majitelem byla velmi vlivná a důležitá osobnost své doby. Ke stavbě Chuy použil velmi kvalitní materiál, jeho obětní stůl nese královské rysy a královskou podobu také imituje podzemní část hrobky. Je to taková zmenšená verze podzemí královy pyramidy. A právě podzemí také skrývalo největší překvapení. Jedna z podzemních místností je totiž celá zdobena reliéfy s dochovanou polychromií. Barvy jsou i po 4400 let jasné, jako by je umělci nanesli teprve včera. Kvalita řemeslného zpracování ukazuje na špičkové umělce zřejmě z královských dílen. A v neposlední řadě – Chuyho zdobená komora je jednou ze dvou nejstarších svého druhu a díky tomu je zcela jedinečná. Je mnohem větší než pozdější standardizované zdobené pohřební komory a obsahuje výzdobné motivy, které do podzemních prostor jaksi nepatřily. Je to tedy jako přistihnout stavitele a umělce v procesu vytváření nového konceptu, nové podoby hrobek – podoby, která se teprve později měla ustálit. A právě tyto momenty nás velice zajímají.
Nemáte v zásobě nějakou zajímavou historku z vaší práce v Egyptě?
Zajímavé je pozorovat při práci naše místní dělníky. Aniž by o tom sami věděli, používají totiž stejné metody práce jako jejich staroegyptští předchůdci. Velké těžké bloky kamene přesouvají jen pomocí lan, páky a lidské síly. Jeden velký blok dokážou jen pár údery palicí „rozporcovat“ na několik vcelku pravidelných menších bloků. Jsou to nesmírně pracovití a srdeční lidé a mnozí z nich s námi pracují již léta.
Výzkum Džedkareova pyramidového komplexu probíhá s podporou GA ČR (foto Hana Vymazalová)
Česká Egyptologie požívá velkého renomé na celém světě. Čeští egyptologové spravují nejrozsáhlejší koncesi na pyramidových polích atd… Co je důvodem, že jsme ve zkoumání Egypta a jeho historie tak úspěšní a významní?
Je to možná tím, že český výzkum v Egyptě je dlouhodobý a systematický. Na české koncesi v Abúsíru, kde pracujeme už od 60. let, se pod vedením prof. Žáby, prof. Vernera i v posledních letech prof. Bárty podařila celá řada historicky významných objevů, které podstatným způsobem přispěly k pochopení období 5. dynastie a Staré říše. Důležitou roli hrají i vynikající vztahy s představiteli Ministerstva pro památky, bez jejichž podpory by naše působení v Egyptě bylo mnohem obtížnější. Samotný výzkum v Egyptě je ale jen začátek. Náš tým také klade důraz na následné zpracování dokladů a přípravu odborných publikací.
Co je Vaším pracovním snem/cílem – najít hrobku velekněze Imhotepa?
(Smích) Já si kladu spíše skromnější cíle. Byla bych ráda, kdyby se nám podařilo postupně prozkoumat co největší část Džedkareova pohřebiště a najít zde další informace o jeho osobě i královně Setibhor, o královské rodině, o změnách, jež za jeho vlády probíhaly. Například podél západní stěny Džedkareovy pyramidy se nacházejí velké hrobky, jež by mohly patřit členům královské rodiny, další hrobky se nacházejí dále na sever a také východně od pyramidy královny. Chuyho hrobka jasně ukazuje ohromný potenciál tohoto pohřebiště.
Jak jste spokojena se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Systém GRIS se zdá uživatelsky příjemný. Pouze v průběžných zprávách bych uvítala trochu větší prostor pro samotný text o proběhlém řešení.
Popisek k úvodní fotce: Mezinárodní tým zahrnuje odborníky z ČR, Rakouska, Německa a Egypta, včetně několika českých a egyptských studentů (foto Mohamed Megahed)
Biologická rozmanitost není rovnoměrně rozložena na zemském povrchu. Ať už ji měříme počtem druhů, počtem nějakých vyšších taxonů (rodů, čeledí) nebo nějakým odvozeným indexem. Obecně platí že biodiverzita klesá od rovníku pólů a většina druhů žije v tropech. Ani v rámci tropů ale toto rozložení není rovnoměrné, na souši jsou ta nejrozmanitější místa na úbočí hor, zatímco některé nížiny jsou relativně chudé, v moři je to ještě složitější. Existuje obrovské množství teorií a hypotéz proč žije většina druhů v tropech a proč jsou různá místa různě biologický rozmanitá, některé se datují už od Alexandra von Humboldta a Charlese Darwina.
S existencí mnoha teorií a hypotéz se nechtěl smířit tým pod vedením profesora Davida Storcha z Centra pro teoretická studia Univerzity Karlovy a z Katedry ekologie Přírodovědecké fakulty UK. V rámci projektu „Je biologická diverzita omezená? Cesta k rovnovážné teorii biodiverzity“ se mu podařilo vytvořit světově unikátní teorii, která rozdíly v biologické diverzitě na povrchu Země vysvětluje. Poznatky z projektu získaly mezi odbornou veřejností velký ohlas. Výsledkem je celkem 13 velmi kvalitních publikací.
Lze říct, že česká věda v oblasti tzv. zelené biologie dosáhla díky lidem jako je právě profesor David Storch vynikajícího mezinárodního věhlasu a stala se v uplynulých desetiletích i díky podpoře GA ČR zcela konkurenceschopnou v tom nejširším celosvětovém kontextu. O významu projektu svědčí také skutečnost, že profesor Storch získal nedávno velký grant EXPRO, který mu umožní ve výzkumu dále pokračovat.
Pane profesore můžete stručně popsat, co bylo hlavním cílem projektu?
Podstata projektu se týkala sporu o to, do jaké míry je biologická rozmanitost na různých místech světa daná tím, že existují nějaké její limity. Tzn. pro každé území je daný nějaký počet druhů, který tam může žít v rovnováze a větší počet už to území neuživí. My jsme zkoumali, do jaké míry toto platí nebo neplatí. Proti tomuto pohledu existuje odlišná představa, která v principu říká, že žádné limity nejsou a že příroda je nenasycená a že druhů by mohlo být mnohem více. Projekt byl zaměřen na vytvoření teorie těchto limitů a jejím testování. Zkoumali jsme tedy, proč je na různých místech na zemi různý počet druhů, zda je to kvůli zmíněným limitům, co vytváří tyto limity, jak je poznáme atd.
Proč jste se rozhodli v projektu zkoumat právě toto téma?
Rozdíly v diverzitě na povrchu Země se zabývám již dvacet let. Je to obecně velké téma, velká otázka. Došel jsem k tomu, že za biologickou diverzitou musí být nějaké limity. To sice nebyla nová myšlenka, byla ale dlouho opouštěna, já jsme v ní ale věřil a rozhodl jsem se ji prozkoumat. Limity mají zásadní vliv na to, co se s biologickou diverzitou bude dít v budoucnosti. To je zásadní věc. Pokud limity existují a počet druhů je hodně blízko rovnovážnému stavu, tak jakékoliv odebrání zdrojů z biosféry činností člověka ty rovnovážné počty ovlivňuje.
Jak jste získávali data, abyste mohli takovou teorii vytvořit?
Primárně jsme čerpali již hotová data z celého světa, vycházeli jsme také z poznatků projektu, který tomuto předcházel. Máme například mapy diverzity druhů na různých místech a ty analyzujeme. Kromě toho získáváme data vlastním terénním výzkumem, hlavně v Africe.
Co považujete za největší úspěch projektu?
Nejcennější část je v tom, že jsme vytvořili funkční teorii. Na začátku byla formulována velmi vágně, dnes ji máme formulovanou i matematicky. V rámci projektu jsme měli ještě mnoho podprojektů, některé z nich jsme splnili beze zbytků, některé jsme museli modifikovat, jiné jsme opustili, protože jsme zjistili, že je to slepá cesta. Některé jsme nestihli rozpracovat a budeme na nich pokračovat.
Jak dlouho jste na projektu pracovali a kolik lidí se na něm podílelo?
V týmu jsem měl dvě postgraduální studentky a dva postdoktorandy. Měli jsme ale také řadu zahraničních spolupracovníků.
Platí vaše závěry stejně jak pro zvířata, tak i pro rostliny?
My věříme, že ano. Pro rostliny máme ale méně dat a je to u nich složitější v tom, že rostliny samy vytvářejí prostředí. Naše teorie je ale obecná, jakkoli konkrétní parametry budou specifické pro různé skupiny.
Jak moc ty limity ovlivňuje člověk?
Data, která jsme studovali, ta člověk dosud příliš neovlivnil. Je to proto, protože globální data jsou sbíraná za dlouhou dobu, kdy vliv člověka ještě nebyl moc znát. Je ale jasné, že člověk biologickou diverzitu ovlivňuje hodně. Zatím se to neprojevuje v těch největších škálách, ale v těch malých jednoznačně. Odebírá zdroje v přírodě a zvyšuje kolísání jejich množství, a to diverzitu – podle naší teorie – samozřejmě ovlivňuje. Může ji ovlivnit také pozitivně, protože ty rovnovážné stavy závisí i na tom, jak moc se druhy šíří a dnes se šíří opravdu hodně. Je tady vlna biologických invazí, kdy se exotické druhy šíří z kontinentu na kontinent, což lokální diverzitu zvyšuje.
Ve kterých oblastech se biologická diverzita nejvíce zvyšuje?
Například v Severní Americe, ale i třeba v Evropě. Týká se to i různých přírodních rezervací, kde počet druhů roste vlivem šířením těch nepůvodních druhů. Rychlost šíření je jednoduše, speciálně u rostlin, rychlejší než jejich vymírání. To ale podle mého názoru nebude dlouho trvat.
Která část světa je, co se týká biologické diverzity, nejbohatší?
Tropické podhůří And, například v Ekvádoru a v Peru. Je tam velká produktivita prostředí, kombinace klimatických podmínek je velmi příznivá. Jsou tam hory, které zřejmě podporují vznik druhů, protože vytvářejí různé bariéry. Jednoduše řečeno se tam sešly ty nejlepší vlivy. Ty důvody se ale přesně neví. Podle mě je to kombinace příznivého klimatu a topografie, která vede k rychlému vznikání nových druhů.
Profesor Daniel Storch
Bude možné vaše poznatky využít v praxi?
Myslím si, že mít teorii toho, čím je regulována biologická diverzita, je důležité, například pro management chráněných území, ale i pro přemýšlení o tom, co se v budoucnu stane s celými kontinenty. Ty naše poznatky slouží jako obecné vodítko. Dokážeme říct, proč na nějakém kontinentu je více druhů a jak je udržovat.
Jak si stojí váš projekt ve srovnání s ostatními výzkumy na toto téma?
Troufnu si říct, že nikdo jiný na světě neudělal tak důkladnou teorii, jak ty limity fungují. Teorii jsme publikovali v nejprestižnějším ekologickém časopise na světě. Z tohoto hlediska jsme hodně napřed.
Jakou roli v tom hraje GA ČR?
Samozřejmě zásadní, moje výzkumy financuje primárně GA ČR. Na tento typ výzkumu je to ideální partner, nepotřebuji nějaké závratné částky, protože hodně dat již existuje. Zatím jsem spokojený.
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Nemám s tím problém, ani nemyslím, že by to šlo nějak zásadně zjednodušit. Zvykl jsem si a v zásadě mi to vyhovuje.
Co planetka, to jiný tvar a velikost. Některé jsou kulaté, jiné naopak protáhlé či jinak nepravidelné. V rámci mezinárodní spolupráce jsme se podíleli na pozorování jedné z největších – planetky Pallas. S překvapením jsme zjistili, že vypadá jako obří „golfový míček“. Je sice kulatá, ale povrch má pokrytý množstvím kráterů.
Planetka (2) Pallas, pojmenovaná po řecké bohyni moudrosti, byla objevena v roce 1802. Díky své velikosti, která je asi sedminová ve srovnání s Měsícem, se řadí na třetí místo v oblasti hlavního pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem. Rovina její dráhy je neobvykle skloněná vůči dráhám ostatním planetek. Důvod tohoto sklonu je ovšem nejasný.
V článku Marsset a kol. (2020), publikovaném v prestižním časopise Nature Astronomy, ukazujeme detailní snímky povrchu planetky Pallas. Poprvé máme rozlišení dostatečné pro identifikaci jednotlivých povrchových útvarů – kráterů. Náš tým, vedený Pierrem Vernazzou z Laboratoire d’Astrophyisque de Marseille ve Francii, získal snímky planetky Pallas pomocí adaptivní optiky na přístroji SPHERE, umístěném na dalekohledu VLT. Jedná se o jeden ze čtveřice největších dalekohledů Evropské jižní observatoře, s průměrem zrcadla 8 metrů. Pallas jsme pozorovali ve dvou různých obdobích, vždy v době, kdy byla na své dráze co nejblíže Zemi. Tak jsme dosáhli největšího možného rozlišení a rozpoznali nejvíce detailů na povrchu.
Fotografie pořízené 28. října 2017 (jižní polokoule) a 15. března 2019 (severní polokoule). Na obou polokoulích je vidět mnoho velkých kráterů, na té jižní pak i jasná skvrna připomínající usazeniny soli na Ceresu.
Během dvou pozorovacích sezón (2017 a 2019) jsme získali 11 sérií snímků. Díky otáčení Pallas kolem své rotační osy zachycují povrch z různých úhlů. Snímky byly podrobeny matematickému zpracování (dekonvoluci). Ze snímků pak byl inverzními metodami odvozen tvar ve 3D. Vytvořili jsme také mapu kráterů a změřili jejich četnost poblíž rozhraní světla a stínu, kde bývají nerovnosti dobře pozorovatelné.
Domníváme se, že zjizvený povrch planetky Pallas je důsledkem velmi skloněné oběžné dráhy. Zatímco většina planetek hlavního pásu se pohybuje po dráhách mírně výstředných a mírně skloněných, podobně jako auta na závodním okruhu, Pallas se pod vysokým úhlem „probíjí“ hlavním pásem. Jakékoliv srážky, které Pallas zažije, jsou daleko ničivější než srážky mezi planetkami na podobných drahách, neboť vzájemná rychlost je více než dvojnásobná. Pallas je zřejmě nejkráterovanějším tělesem, který jsme doposud v hlavním pásu zaznamenali.
Celkem jsme identifikovali 36 kráterů o průměru větším než 30 kilometrů. Pro srovnání, 30 km odpovídá přibližně pětině průměru kráteru Chicxulub, jehož vznik souvisí s vyhynutím dinosaurů před 65 miliony lety. Odhadujeme, že tyto krátery pokrývají přinejmenším 10 procent povrchu Pallas, což potvrzuje správnost domněnky, že její historie zaznamenaná krátery byla extrémní ve srovnání s ostatními tělesy sluneční soustavy.
Řada simulací srážek mezi Pallas a menšími planetkami hlavního pásu. Vzájemná rychlost terče a projektilu dosahovala 12 km/s; rychlosti výhozu většiny úlomků jsou řádově srovnatelné s únikovou rychlostí 300 m/s.
Abychom pochopili, jak tato historie pravděpodobně vypadala, provedli jsme řadu simulací Pallas a jejich interakcí s ostatními planetkami hlavního pásu během posledních 4 miliard let, což přibližně odpovídá stáří sluneční soustavy. Totéž jsme učinili pro Ceres a Vestu, uvažujíc přitom velikost, hmotnost a danou dráhu, stejně jako rozdělení velikostí a rychlostí objektů v hlavním pásu. Zaznamenali jsme každou událost, kdy došlo k simulované srážce s Pallas, Ceresem či Vestou, která vytvořila kráter o průměru alespoň 40 km (což je velikost většiny kráterů pozorovaných na Pallas).
Zjistili jsme, že 40kilometrový kráter na Pallas může vzniknout srážkou s podstatně menším objektem než tentýž kráter na Ceresu nebo Vestě. Protože menší planetky v hlavním pásu jsou výrazně početnější než ty větší, znamená to, že Pallas má větší pravděpodobnost srážky a kráterování než ostatní dvě tělesa.
„Pallas zažívá dva až třikrát více srážek než Ceres a Vesta a její skloněná dráha zřejmě vysvětluje její zvláštní povrch, odlišný od ostatních dvou těles“, říká Marsset.
Na základě získaných snímků se podařilo učinit další dva objevy: na jižní polokouli se nachází jasná skvrna a na rovníku výjimečně velký kráter (pánev). Co se týká kráteru, jehož průměr se odhaduje na 400 km, zjišťovali jsme, čím mohl být vytvořen. Simulovali jsme dopady různých těles do oblasti rovníku a sledovali fragmenty, které přitom byly vymrštěné z povrchu Pallas.
Podle našich simulací se zdá, že velká impaktní pánev je důsledkem srážky před asi 1,7 miliardami let s tělesem o průměru mezi 20 a 40 kilometry. Úlomky tehdy vyhozené do prostoru se dodnes nacházejí na dráhách podobných jako má Pallas dnes.
Typické dráhy planetek hlavního pásu (černé křivky) a skloněné dráhy planetky Pallas a členů její rodiny (červeně a žlutě).
„Vznik pánve lze velmi dobře vysvětlit. Souvisí se současnou rodinou planetek Pallas“, říká spoluautor Miroslav Brož z Astronomického ústavu Univerzity Karlovy.
Původ jasné skvrny objevené na jižní polokouli Pallas je však nejasný. Zatím nejlepší hypotéza je, že se jedná o usazeniny solí. Na základě získaného modelu tvaru byl spočten objem Pallas, což v kombinaci se známou hmotností dává průměrnou hustotu. Ta je opět odlišná od Ceresu a Vesty a odpovídá směsi vodního ledu a silikátů. Postupně se led v nitru planetky roztavil a silikáty se tak hydratovaly, čímž mohly vzniknout soli, které později odhalil nějaký impakt.
Chybějící díl skládačky bychom mohli najít poněkud blíž, těsně u Země. Každý prosinec mohou vizuální pozorovatelé sledovat úžasný úkaz známý jako Geminidy. Jedná se o meteorický roj pocházející z úlomků planetky (3200) Phaeton, která sama je pravděpodobně jedním z úlomků Pallas, jenž se náhodou dostal na dráhu křížící dráhu Země. Zvýšený obsah sodíku v Geminidách, který je znám dlouho, Marsset a kol. vysvětlují jako důsledek pozorovaných solných skvrn na původním mateřském tělese,tedy Pallas.
„Lidé navrhovali vyslat k Pallas miniaturní, levné satelity“, říká Marsset. „Nevím, jestli se projekt uskuteční, ale určitě by nám o povrchu Pallas a původu jasné skvrny prozradil mnoho.“
———————-
Z Astronomického ústavu UK se na tomto výzkumu podíleli Josef Hanuš, Miroslav Brož, Pavel Ševeček a Josef Ďurech. Josef Hanuš, Josef Ďurech a Pavel Ševeček byli podpořeni grantem GAČR 18-09470S (hlavní řešitel Josef Hanuš, článek spadá primárně do tohoto grantu). Miroslav Brož byl podpořen grantem GAČR 18-04514J (hlavní řešitel Josef Ďurech).
———————–
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.
prof. Tomáš Jungwirth, Ph.D.
Laboratoř materiálů
Laboratoř optiky
Petr Němec, Vít Novák, Tomáš Jungwirth
Borrelie
RNDr. Radek Šíma, Ph.D. vystudoval molekulární biologii a genetiku na Biologické fakultě Jihočeské univerzity a molekulární patologii na Lékařské fakultě Univerzity Karlovy. Na Parazitologickém ústavu Biologického centra AVČR se zabývá studiem klíšťat, zejména ve vztahu k přenášeným patogenům. Vyvíjí laboratorní modely nejčastějších klíšťaty přenášených onemocnění, které jsou následně využívány k testování klíštěcích molekul zahrnutých v přenosu a přežití patogenů. Podílí se na řešení mezinárodních projektů, jejichž cílem je vývoj vakcín proti klíšťatům a jimi přenášeným onemocněním.
Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity
Profesor Timothy A. Keiderling, iniciátor VOA spektroskopie v Čechách
Skupina Biomolekulární spektroskopie před Ústavem organické chemie a biochemie
Simulovaná a experimentální VOA spektra alpha-helikálního proteinu
Petr Bouř
Andrej Pavlovič s mäsožravou rastlinou Nepenthes pervillei
Archeologické práce v pyramidovém komplexu faraona Džedkarea v roce 2018 (foto Hana Vymazalová)
První pohled do zdobeného podzemí Chuyho hrobky (foto Hana Vymazalová)
Práce v podzemí Chuyho hrobky (foto Hana Vymazalová)
Usazování kamenného obětního stolu na jeho původní místo v Chuyho kapli (foto Hana Vymazalová)
Hana Vymazalová při dokumentaci nápisů v Chuyho hrobce (foto Mohamed Megahed)
Výzkum Džedkareova pyramidového komplexu probíhá s podporou GA ČR (foto Hana Vymazalová)
Profesor Daniel Storch
Řada simulací srážek mezi Pallas a menšími planetkami hlavního pásu. Vzájemná rychlost terče a projektilu dosahovala 12 km/s; rychlosti výhozu většiny úlomků jsou řádově srovnatelné s únikovou rychlostí 300 m/s.