Jedna žena a pět mužů se včera večer utkalo na pódiu Kabinetu MÚZ o přízeň publika. Nebyli to školení herci, ale studenti a akademici Masarykovy univerzity, kteří se pokusili na třetím Science slamu laickému publiku srozumitelně a zábavně přiblížit svůj výzkum. Nejlépe se to podle diváků podařilo studentovi organické chemie Lukášovi Mikulů.
Zabývá se supramolekulární chemií, tedy interakcemi molekul. „Studujeme, jak se k sobě chovají, jaké vytváří systémy. Je to vlastně taková chemická sociologie,“ přiblížil divákům na úvod svůj obor. Mikulů zkoumá takzvané molekulární přepínače, tedy systémy, které se v závislosti na okolí či při nějakém podnětu mění. Konkrétně studuje cucurbituril a ferrocen. Cucurbituril má uvnitř kavitu, kam se může vmezeřit třeba právě ferrocen. Při těchto slovech vytáhl Mikulů z připravené tašky malý soudeček, a k překvapení publika i hamburger. „Tohle je ferrocen, jen místo toho sekaného separátu je uprostřed atom železa, který je obalený dvěma cyklopentadienidovými houskami....což není nic jiného, než pětiúhelníky z atomů uhlíku,“ popsal chemik divákům své pomůcky.
Obě molekuly spolu ale drží příliš pevně na to, aby mohly sloužit jako přepínač. Mikulů se tedy snaží ferrocen pozměnit tak, aby se při změně pH uvolnil a naopak. „Představte si, že když je pH kyselé, je rozsvíceno a komplex drží pohromadě. A když přidáme hydroxid a pH zásadité, tak je tma...,“ řekl a dal pokyn režii, která v sále zhasla všechna světla. „... a jak vidíte, komplex pohromadě nedrží,“ dodal.
Zkoumaný molekulární přepínač ale takto funguje v ideálním případě a Mikulů se zatím nepodařilo jej v laboratoři syntetizovat. „Ve většině případů po analýze vyrobeného vzorku zjišťuji, že látka, kterou jsem chtěl vyrobit, to není. Proto se musím zamyslet a zkusit to jinak. Poprvé, podruhé ani potřetí se to nepodařilo, ale když jsem to zkoušel po dvacáté sedmé, tak mi začalo hořet umyvadlo. Ale já se nevzdám, i kdybych to měl zkoušet po třicáté první, a po čtyřicáté osmé jsem měl začít hořet já, tak já to připravím!“ uzavřel vítěz své představení.
Potraviny raději čerstvé
Obstál v silné konkurenci s dalšími soutěžícími. První z nich, Dominik Heger, se zabývá fyzikální chemií ledu a fotochemií. „Zjišťujeme pravdy o ledu a jeho nečistotách. Kde jsou, v jaké podobě, koncentracích, jak se přetvářejí. Je to nezbytné k pochopení i predikci chování látek při zamrazování a rozmrazování,“ uvedl Heger, který dává přednost čerstvým potravinám, před mraženými jídly.
Jeho vystoupení o tom možná přesvědčilo i některé diváky. Vyplynulo z něj totiž, že led je nejen pěkně špinavý, ale při zmrazování a rozmrazování spolu mohou některé látky, které v ledu zůstaly, i reagovat. „Když například zmrazíme kyselinu dusitou, rozmrazíme kyselinu dusičnou. Reaktivita látky se díky zmrazení urychlí o pět řádů. Někdy je reaktivita také nečekaná, takže když si doma zmrazíte polévku, může se stát, že si z kuřecího masa uděláte masox,“ uvedl Heger.
Led navíc může mít také slušný elektrický potenciál. Když mrzne slaná voda, zůstane v ní občas chloridový aniont a v roztoku zase sodný kationt. Právě mezi nimi vznikne potenciál, který může mít až stovky voltů. „Takže, neolizujte led. Je toxický, kope a je na něm hydroxid,“ uzavřel varováním pro diváky své vystoupení Heger.
Zlato je kousek hvězdné mrtvoly
A zatímco jeho vystoupení diváky „zchladilo“, další soutěžící se je pokusil rozehřát příběhem supernov. Astrofyzik Matúš Kocka studuje smrt, smrt extrémní, protože jde o vesmírná tělesa zanikající v ohromném výbuchu. Mají k tomu v podstatě dva důvody. První je způsobený tím, že se zapálí termonukleární reakce v elektronově degenerované hvězdě. „Elektronově degenerovaný plyn je zajímavá věc. Kdybychom si ho nabrali na polévkovou lžíci, tak by vážila asi jako slon africký – nějakých pět tun,“ přiblížil Kocka.
Tento plyn mají hvězdy zvané bílí trpaslíci, kteří jsou ve vesmíru většinou odsouzeni k pomalému vychládání. „Existují ale výjimky, které žijí ve dvojhvězdách. Požírají totiž hmotu svého souputníka, až se dostanou k určité hranici a vybuchnou,“ uvedl astrofyzik. Protože je známá hmotnost, při níž vybuchují a výbuchy jsou si velmi podobné, lze díky tomu například určovat vzdálenosti ve vesmíru a v roce 2011 byla za jejich pozorování a důkaz o tom, že vesmír se rozpíná stále rychleji, udělena Nobelova cena.
Druhým typem supernov jsou obři a důvodem jejich konce je fakt, že jsou příliš „tlusté“, tedy hmotné. „Dříve totiž spotřebují své palivo, jejich vrstvy začnou padat do jádra, nastane gravitační kolaps a výbuch,“ dodal Kocka. Supernovy jsou důležité nejen pro současné zkoumání vesmíru, ale bez nich by neexistovala celá řada prvků, třeba železo. „Dámy, až někdy dostanete zlatý prsten od přítele či manžela, tak si uvědomte, že dostáváte malý kousek hvězdné mrtvoly, která ukončila svůj život jako supernova, jako nejenergičtější fenomén ve vesmíru,“ podotkl Kocka.
Čistý povrch
Na pódiu ho pak vystřídala Eva Trávníčková s otázkou, kdo by nechtěl povrch, na němž neulpí mastnota, sám se čistí a ještě odolá bakteriím. Samočisticí a nesmáčivé povrchy spolu podle jejích slov úzce souvisí, protože na výrazně strukturované ploše zůstane kapalina ve formě kapky, která na sebe při odstranění navíc nabalí i nečistoty. Fyzikální zákony ale už nestačí u povrchů, které mají odolat bakteriím.
„Bakterie mají tendenci si najít jakýkoliv pevný povrch. Když se přichytí, tak se tam chtějí množit a zkolonizovat ho. Toho si všimnou další bakterie, které se přidají a vytvoří společenstvo, které spolu komunikuje a začne tvořit extracelulární polymerní matrici, tedy lidově řečeno sliz,“ popsala Trávníčková stav, kterého se pak jen těžko zbavuje. Když tedy chce vytvořit povrch, který odolá kolonizačnímu tlaku bakterií, musí vytvořit takovou úpravu, která je hned zabije. A jak ekotoxikoložka říká, je nejspokojenější, když takto zabíjí miliony.
Jak vyškolit bakterii
Další soutěžící, Lukáš Chrást, se naopak snaží bakterie převychovat. Jako mikrobiolog a genetický inženýr nejraději školí Escherichia coli (E. coli), což je běžná střevní bakterie. „Výuka bakterií probíhá tak, že vezmu kus DNA, nacpu ho do ní a čekám, co se stane. Můžu to dělat na třech úrovních. Na úrovni základní bakteriální školy měním jen jediný gen, díky kterému bakterie vyrábí například proteiny nebo enzymy. Tak se produkuje i inzulín,“uvedl Chrást. Na dalším stupni se do E. coli vkládá více genů a vytváří se tak nová metabolická dráha, která dokáže přeměnit vstupující chemikálie na jiné. Například silně toxickou látku na neškodný glycerol.
Bakterie ale mohou podle Chrásta pokračovat ve „studiu“ dál. „Rozhodl jsem se svou E. coli poslat na Muni, neboli mikrobiální univerzitu. Tam je student víceméně samostatný a učitel jen nastavuje podmínky. A jak všichni víme, nejlépe se učí ve stresu, takže na bakterie používám metodu, které se říká stresem indukovaná mutageneze,“ řekl Chrást. V podstatě to znamená, že bakterie opakovaně kultivuje za přítomnosti toxické látky a ta postupně sama zmutuje tak, že jej bude schopná využít jako zdroj živin.
Letadlo bez pilota
Ve třetím Science slamu soutěžil i student informatiky Bedřich Said, který se zabývá bezpilotními letadly. Jejich konstrukce není jednoduchá. „Náplní mé práce je z obrovské hromady součástek postavit funkční letadlo, které musí splňovat tři podmínky - bezpečnost, spolehlivost a využitelnost. Bez toho je to jen hračka,“ zdůraznil Said.
Využitelnost je důležitá třeba ve chvíli, kdyby chtěl někdo pomocí bezpilotního letadla měřit koncentraci oxidu uhličitého, ale čidlo by umístil za výfuk motoru. „Nejdřív tedy musíme navrhnout, jak bude letadlo fungovat a co bude umět, pak matematickými metodami dokázat, že fungovat opravdu bude a teprve potom ho fyzicky vyrobíme. Nakonec ho vypustíme do vzduchu. Modlíme se, aby se nerozbilo, a ověříme si, že součástky spolupracují, jak mají,“ dodal Said.
