Különleges baktériumok

Az űrügynökségek különösen nagy gondot fordítanak a távoli égitestekre indítandó űrszondák sterilizálására. Mindenképpen el akarják kerülni, hogy bolygónkról élőlények kerüljenek át más bolygókra, holdakra. Egy közelmúltban lezajlott vizsgálat viszont csaknem száz különböző, köztük számos eddig ismeretlen baktériumfajt talált a NASA amerikai űrügynökség speciális szerelőcsarnokaiban.

Az űrszondák összeszerelése nagyon tiszta laboratóriumokban zajlik. A személyzet belépés előtt tetőtől talpig átöltözik, arcmaszkot visel és kesztyűben dolgozik. A levegőt folyamatosan szűrik, a szűrőkön minden finom porrészecske, piszok fennakad.
  Biológus kutatók három NASA intézményben gyűjtöttek mintákat: a kaliforniai JET Propulsion Laboratoryban, a Kennedy űrközpontban Floridában és a Johnson űrközpontban Houstonban. Csaknem száz baktériumra bukkantak a korábban teljesen tisztának, por- és baktériummentesnek gondolt laboratóriumokban. Találtak közönséges, az emberi bőrön élő Staphylococcus fajokat, továbbá olyan ritka oligotróf fajokat, amelyek a levegőből vagy festett felületről szerzik táplálékukat.
  A baktériumok korábban is ott lehettek az eddig szupertisztának gondolt munkahelyeken. A vizsgálatokat ugyanis hagyományos módon végezték, a levegő- és felületi mintákat táptalajon próbálták szaporítani. Valószínűleg azért nem találtak rá a most felfedezett baktériumközösségekre, mert azok többsége csak saját természetes környezetében szaporodik. Most a riboszomális RNS génszekvenciáit elemezték, ezért leltek nagyobb számban és változatosságban baktériumokat. A felismert közel száz faj 45 százaléka korábban ismeretlen volt.
  A kórokozók egy részét, például a Staphylococcusokat mindhárom vizsgált térben kimutatták. A baktériumközösségek azonban nagyrészt egyediek voltak. A különbség okai az eltérő földrajzi környezet, az alkalmazott légszűrők és a tisztítószerek különbözősége lehetnek. A NASA egyik biológusa szerint a ritka, extrém körülmények között is megélő baktériumok azért szaporodhattak el a laborokban, mert a hétköznapi típusokat sikeresen elpusztítják, így versenytársak hiányában megnyílik a tér a szaporodásuk előtt.   Szakértők szerint a laboratóriumok tisztasága pénzkérdés, a félvezető- és a gyógyszeriparban vannak az űrlaboroknál tisztább szobák is. Az űrkutatók hőhatással is sterilizálnak, de a több órán át tartó melegítés károsíthatja az érzékeny alkatrészeket.
  Más sterilizálási megoldásokkal is kísérleteznek. Az óvatosság teljesen indokolt. Bolygónkon egyre több olyan élőlényre bukkannak, amelyek nemcsak elviselik, hanem kifejezetten kedvelik a rendkívüli körülményeket. Ilyen különleges hely egy elhagyott rézbánya vízzel telt gödre Butte (Montana, USA) közelében. A 2,4 kilométer átmérőjű, 542 méter mély gödröt 180 millió köbméter víz tölti ki, az elsavasodott folyadék különösen sok arzént, alumíniumot, kadmiumot és cinket tartalmaz. Itt alakította ki laboratóriumát a Stierle házaspár. Az 1990-es évek közepén ők fedezték fel azt a gombát, amely a csendes- óceáni partvidék hegyeiben tiszafák közelében él. A tiszafához hasonlóan ez a gomba is termeli azt a taxolt, amelyet az emlő- és a petefészekrákok ellen vetnek be.
  Eddig 142 élőlényt és 80 másutt nem létező vegyületet találtak a rézbánya tavában. Kutatásaik szerint a mikrobák a rendkívüli körülmények miatt korábban alvó géneket kapcsolnak be, és mutációk mennek végbe. A kutatók reményei szerint az általuk termelt vegyi anyagok egy része gyógyszerré válhat. Két vegyülettel már sikeresen pusztítottak el emlő- és petefészekráksejteket a National Institute of Health sejtvonalain.

  A megállított időkocka

  A szívdobbanások nagyjából másodpercenként követik egymást, a legyek ezredmásodpercenként csapnak a szárnyukkal, nagy sebességű fényképezőgéppel mikroszekundumonként (milliomod másodpercenként) készítenek felvételt, egy csip nanoszekundum (milliárdod másodperc) alatt hajt végre egy műveletet, a pikoszekundum– femtoszekundum tartományba esik a molekulák rezgése, attoszekundum felbontással pedig már az elektronok mozgása figyelhető meg az atom belsejében. A pikoszekundum a másodperc billiomod, a femtoszekundum a másodperc ezerbilliomod része, az attoszekundum pedig a femtoszekundum ezredrésze, vagyis a másodperc trilliomod része.
  1990-ben jutottak el a kísérleti fizikusok a femtoszekundomok tartományába. Ehhez különleges megoldásra volt szükség. A lézerfény körbeszalad egy tükörrendszeren és eközben a tükrökön a fény egy része kicsatolódik, így jön létre a femtoszekundumos impulzus. (A körbeszaladó fénysugár femtoszekundumnyi időt tölt egy-egy tükrön, ez határozza meg a tükör másik oldalán kilépő fényimpulzus hosszát.) Az ilyen rövid lézerimpulzus már nem csak tudományos érdekesség, mára már sokféle gyakorlati haszna van. Az egyik alkalmazásban azt aknázzák ki, hogy az impulzus annyira rövid, hogy a megcélzott, eltalált felület közvetlen környezetének nincs ideje felmelegedni, nincs hővezetés, ezért oldalirányban és mélységben egyaránt fantasztikus pontosság érhető el. Femtoszekundumos lézerimpulzusok szerepet kapnak szemészeti műtétekben, fogorvosi beavatkozásokban és dízelmotorok befecskendező nyílásainak megmunkálásában. Ilyen lézerek már a kereskedelemben is kaphatók.
  A Science számolt be a femtoszekundumos lézerek új alkalmazási lehetőségéről, biomolekulák, például melanin szöveten belüli eloszlását térképezik fel három dimenzióban, így biopszia nélkül mutatják ki a melanóma jelentkezését. Korábban már kidolgoztak egy módszert, amellyel femtoszekundumos impulzusokkal keltenek fluoreszcenciát biológiai anyagokban. Fluoreszcencia azonban csak akkor lép fel, ha két foton éri egyidejűleg a céltárgy molekulát, ezért intenzív fénynyalábot kell használni. A pontosan fókuszált lézernyaláb mozgatásával megoldható a keresett biomolekula eloszlása. Sok biomolekula, például a melanin azonban csak gyengén fluoreszkál, és a fluoreszcens fény szétszóródik a szöveten belül. Warren Warren (Duke Egyetem, Észak-Karolina) ennek kiküszöbölésére dolgozta ki az új módszert. Megoldásuk a kiválasztott célmolekula által elnyelt fénymennyiség mérésén alapul. Kétféle színű lézerrel dolgoznak. Arra alapoznak, hogy ha a melaninmolekula elnyelte az első szín egy fotonját, akkor sokkal szívesebben nyeli el a másik szín fotonját is. Az elnyelt fénymennyiség nagyon kicsi, ezért egy újabb trükköt vetettek be a kutatók. Periodikusan változtatják az első szín impulzusainak erősségét, és azt vizsgálják, hogy a második szín elnyelésében megjelenik-e ugyanez az oszcilláció. Az elnyelés megállapításához a második fény visszaverődött részének az intenzitását mérik, majd frekvenciáira bontják a jelsorozatot, ekkor a kis oszcilláció egy újabb frekvenciaként jelenik meg. A módszer fantasztikusan érzékeny, az eredeti impulzus tízmilliomod részének hiányát, elnyelését már ki tudják mutatni. Kis teljesítményen működtethető tehát a rendszer. Az Amerikai Fizikai Társaság közgyűlésén sikert aratott az új módszer bemutatása. Megkezdik a klinikai kísérleteket, olyan szemölcsöket mérnek ki, amelyeknek az eltávolításáról már döntöttek az orvosok.   Femtoszekundumos lézert gázban fókuszálva az adott hullámhossz felharmonikusai is megjelennek, ezek összekapcsolódásával hoznak létre még rövidebb impulzust. Az attoszekundumos impulzusok már a kvantumvilágba, a molekulák és az atomok világába visznek. A kutatók az elektronok atomon belüli mozgásának felderítésén, az atomfizikai folyamatok befolyásolásán dolgoznak. A Nature tudományos hetilap nemrég közölte Krausz Ferenc és munkatársai tanulmányát: elektron alagúteffektusát figyelték meg valós időben atomokban, attoszekundum időfelbontással. Ez volt az elméletileg régen feltételezett jelenség első kísérleti megfigyelése. (Krausz professzor 2003 óta a német Max Planck Kvantumoptikai Kutatóintézet igazgatója. A Magyar Tudományos Akadémia közgyűlése idén választotta az MTA külső tagjává.) Az egyelőre laboratóriumokban folyó alapkutatás egyik lehetséges későbbi alkalmazása máris látható: egyszer röntgenlézerek vehetik át az átvilágításra szolgáló hagyományos röntgengépek szerepét, kisebb sugárterhelés mellett rögtön holografikus kép hozható létre.
  S hogy mi jön az attoszekundumok után? A következő nagyságrendeknek még hivatalos neve sincs. Az elméleti fizikusok írásaiban mind gyakrabban tűnik fel az úgynevezett Planck-idő, a 10-43 másodperc környéke. Az attoszekundum 18 nagyságrenddel kisebb a másodpercnél, a Planck-idő pedig ennél további 25 nagyságrenddel rövidebb. Beláthatatlan távlatok. Merész elméleti jóslatok szerint az idő itt már nem is folytonos, hanem maga is kvantált, darabokból áll.