Heavy metal ľuďom prospieva: Sú vyrovnanejší a šťastnejší
Ak si myslíte, že heavy metal je len šialený rev a chaos pre problematickú mládež, vedecký pohľad na tento hudobný žáner vás prekvapí.
Voda môže byť zlúčenina dvoch rôznych kvapalín
Desaťročia stará hypotéza o záhadnom správaní vody práve dostala najsilnejší dôkaz v histórii.
Voda je napohľad jednoduchá vec. Dva atómy vodíka, jeden atóm kyslíka. A predsa je voda z fyzikálneho hľadiska jedna z najzvláštnejších látok na planéte.
Väčšina kvapalín s klesajúcou teplotou hustne a zmršťuje sa. Voda robí to isté, ale len do teploty okolo 4 °C. Keď potom teplota klesne nižšie, voda sa naopak začne rozpínať. Preto ľad pláva na hladine namiesto toho, aby klesal dolu.
Voda tiež odoláva zmenám teploty lepšie ako podobné kvapaliny a jej viskozita sa za určitých podmienok so stúpajúcim tlakom znižuje – to je presne naopak, než by sme čakali.
Tieto anomálie sa dlho chápali ako nesúvisiace zvláštnosti. No od 90. rokov 20. storočia existuje hypotéza, že sú prejavom jedného spoločného javu. Voda vraj nie je homogénna kvapalina, ale zmes dvoch rôznych molekulárnych štruktúr, hustejšej a redšej, ktoré neustále menia svoje usporiadanie.
Priamy dôkaz tohto javu na molekulárnej úrovni sa vedcom dlho nedarilo zachytiť. Teraz sa to podarilo – s pomocou umelej inteligencie.
Tridsať rokov hypotézy
Xiao Cheng Zeng, fyzikálny chemik zo City University v Hong Kongu, sa vodou zaoberá od konca 90. rokov. S hypotézou o dvoch stavoch vody sa oboznámil okolo roku 2006 na vedeckých konferenciách. Nadlho ju však odložil nabok ako príliš ťažko uchopiteľnú.
Situácia sa zmenila pred vyše dvomi rokmi, keď výskumník v jeho laboratóriu Liwen Li prišiel s nápadom. Namiesto klasických metód chcel použiť takzvané „nedozorované“ hlboké učenie umelej inteligencie. AI takto nachádza vzory v dátach bez toho, aby ho človek vopred naviedol k tomu, čo hľadať.
„AI je nútená sa sama učiť, využívať vlastné poznanie a objavovať,“ povedal Zeng.
Vedci teda spustili masívne molekulárne dynamické simulácie pomocou softvéru GROMACS, sledovali pohyb a interakcie stoviek tisíc molekúl vody a vygenerovali desiatky miliónov dátových bodov.
„Tradične by ste na to potrebovali veľa vedcov, ale Li to spolu s AI zvládol za rok a pol,“ uviedol Zeng. Bez AI by ten istý výskum trval podľa jeho odhadu desať rokov.
Mohlo by vás zaujímať
Škrečky šliapu v kolese rýchlejšie ako dostihové kone. Trpia pri tom?
Dve cesty hore kopcom
Výsledky ukázali niečo konkrétne. Umelá inteligencia identifikovala tzv. reakčné súradnice. Ide o premenné, ktoré popisujú, ako sa lokálne usporiadanie molekuly vody mení z hustejšej štruktúry na redšiu a späť.
Premena prebieha dvoma rôznymi spôsobmi v závislosti od podmienok. Za bežných okolností prechádza molekula cez jednu energetickú bariéru. Tam ide o jednoduchú „poloslučkovú“ dráhu.
V blízkosti hranice medzi hustejšou a redšou formou vody však môže molekula absolvovať omnoho zložitejšiu „úplnú slučku“ s troma bariérami namiesto jednej.
Zeng to prirovnal k horskej turistike. Väčšina turistov ide po miernom svahu po jednej strane. To je poloslučka. Ale v blízkosti miesta, kde sa oba svahy stretajú, sa dá obísť celý vrchol. To je úplná slučka.
Mohlo by vás zaujímať
Ako čas vnímajú zvieratá? Muchy vidia „rýchlo“
Čo to môže zmeniť
Zatiaľ sa čaká na experimentálne overenie výsledkov. Zeng hovorí, že si to vyžiada nové, citlivé meracie techniky, aké vyvíja napríklad Pacific Northwest National Laboratory. V ňom vedci už našli nepriame spektroskopické stopy dvojstavového správania vody.
Ak sa to potvrdí, dopad by mohol siahať ďaleko za hranice základnej fyziky. Väčšina biologických aj farmaceutických procesov totiž prebieha vo vodnom prostredí.
Lepšie pochopenie toho, ako sa molekuly vody usporadúvajú, by mohlo ozrejmiť, ako sa v roztoku správajú soli, proteíny a liečivá. Zeng konkrétne zmieňuje injekčné lieky a bunkové funkcie.
„Keď to bude potvrdené experimentálne,“ povedal, „tento model sa dá použiť na pochopenie toho, ako voda interaguje s prírodou.“
Text: Zázračná planéta
Foto: Shutterstock
1/1
