Tehnika

Kust ma tean, kuhu minna? 

Villu Päärt, 12. oktoober 2014, 13:00
KAS ON KA OTSETEE?: Juba eelmise aastasaja keskpaiku avastati, et katseloomad oskavad leida otsetee.Foto: Alamy
Tänavused Nobeli teaduspreemiad anti säästuvalguse, kotkapilgu ja orienteerumise eest

"Kui tartlane astub Tallinna bussijaamast välja, siis käivitub tema peas kohe kaart, mille põhjal ta teab, kus on trammipeatus või kuidas minna jalgsi Olümpia hotelli," toob Tartu ülikooli inimese füsioloogia professor Eero Vasar näite, kuidas töötab meie aju sisemine GPS, mis võimaldab aru saada, kus me asume ning mil moel oskame liikuda ühest kohast teise.

"Needsamad ajurakud, mis seal kannavad Tallinna kaarti, võivad sootuks teistes kombinatsioonides olla tartlasel oma kodulinnas liiklemisel kaardiks," jätkab Vasar. Ehk samad rakud, mille vahel jooksevad signaalid veidi teises järjekorras, võimaldavad Tartus leida tee Raekoja platsilt Toomemäele.

Tänavuse Nobeli meditsiiniauhinna jagasid omavahel teadlased, kes avastasid rakud, millel põhineb meie aju GPS.

Kus ma asun?

Suurbritannias tuvastas John O’Keefe 1971. aastal rottide ajusid uurides nende aju oimusagarast hipokampusest närvirakud, mis aktiviseerusid, kui rott asus oma katsepuuri labürindis kindlas kohas.

Vasara sõnul olid teatud rakud aktiivsed, kui rott nuuskis labürindi ühes osas ning sootuks teised rakud muutusid aktiivseks, kui rott sisenes labürindi teise ossa. O’Keefe järeldas, et nende rakkude – niinimetatud koharakkude – abil paneb roti aju kokku ruumi kaarti. Hipokampuses on võimalik selliseid kaarte – pannes kokku samade rakkude erinevaid kombinatsioone – luua väga suur hulk: nagu eeltoodud näiteski – üks Tallinna, teine Tartu ja kolmas Pärnu tarbeks. Aga igas uues kohas käivitub ajus kohe uue kaardi loomine.

Juba 20. sajandi keskel jõudis tuntud Ameerika psühholoog Edward Tolman labürintides rottidega katseid tehes järeldusele, et katseloomad suudavad selgeks õppida otsetee, pannes oma ajus kokku midagi kaardilaadset.

Kuidas selline kaart ajus täpselt toimib, selleni jõudis esimesena O’Keefe.

Sel sajandil, 2005. aastal leidis Norra teadlastest abielupaar May-Britt ja Edvard Moser ajust teist tüüpi rakud – võrerakud, needki asuvad oimusagaras. Perekond Moser pälviski John O’Keefe’i kõrval teise poole 8 miljoni Rootsi krooni suurusest Nobeli preemiast.

Moserid avastasid, et rottide ajus toimib võrerakkudel põhinev kindel koordinaatsüsteem, mis aktiveerub, kui rott on labürindi kindlas osas. Need rakud moodustavad aktiveerudes kindla kuusnurkse mustri. Nende rakkude abil tajub rott nii oma peaasendit kui ka uuritava ruumi piire.

Hiljem on samalaadne ajus leiduv sisemine GPS leitud ka inimeste ajust. Sellele on kinnitust leitud nii ajukuvamistehnoloogiate abiga kui ka ajuoperatsiooni läbinud patsiente uurides.

Selgub, et rottide ja inimeste ajukompass toimib väga sarnasel põhimõttel. Vasar rõhutab siiski, et erinevalt närilistest on inimesel orienteerumisel ülioluline nägemismeel. Närilistel, kes on aktiivsed ka pimeduses, on olulisim tasakaaluelundi kaudu saadud signaalid.

Alzheimeri tõve puhul satub hipokampus ja entorinaalne ajukoor tihti esimesena löögi alla ning seetõttu ei suuda vanurid paraku enam leida koduteed ning eksivad ära isegi aastakümneid tuttavas ümbruses.

Siniheleroheline valgus

Kuidas hoida kokku kümnendik maakeral kasutatavast elektrist? Tänavust füüsikapreemiat kommenteerides rõhutab Nobeli komitee, et see antakse energiasäästliku ja keskkonnasõbraliku valgusallika leiutamise eest.

Sinine valgusdiood oli juba aastakümneid varem olemas olnud punase ja rohelise valgusdioodi kõrval kolmas lüli, mis võimaldab luua LED-lampe – need annavad valget valgust, kulutades selleks tavalise hõõgpirniga võrreldes mitu korda vähem energiat.

LED on pooljuht, mis hakkab elektrivälja mõjul valgust kiirgama.

1990ndatel suutsid jaapanlased Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ja Shuji Nakamura lahendada aastakümneid lahendamatuna püsinud ülesande – saada pooljuhi abil sinist valgust. Seetõttu pärjati nad teisipäeval Nobeli preemiaga – väärikaima tunnustusega teadusmaailmas.

Kui tavaline hõõglamp annab valgust, siis ühtlasi kütab see ka ruumi. Külmas Eestis pole sellest talvel nii väga lugu, küll aga piirkondades, kus soojust niigi üleliia.

Punased ja rohelised LED-dioodid olid olemas juba 1960ndatel.

Mäletate vanu taskuarvuteid ja elektronkelli, millel helendasid rohelised või punased numbrid? leedlambid võiks olla lahendus ka maailma neis piirkondades, kus elektrivõrgud on viletsad või pole neid sootuks. Isegi lihtsa päikesepaneeliga saab toota niipalju elektrit, et õhtul saaks toas tulevalgel lehte lugeda.

Kui väikest on võimalik näha?

Keemiapreemia puhul peitub iva sõnas "lahutusvõime".

"Tegelikult superlahutusvõime," ütleb Tallinna ülikooli geenitehnoloog Heiti Paves. Tema uurimistöö kõrvalt sündinud ja mikroskoopide abil tehtud fotod on saanud auhinnalisi kohti mitmel aastal konkursil "Nikon Small World", tema pilt on jõudnud ajakirja National Graphicu veergudele, Eesti teadusfoto konkursi võitudest rääkimata. Nobeli võitnud töödega neil fotodel siiski pistmist pole – nii väikest maailma Paves ei uuri ega pildista.

Helendavate molekulide ja laserite abil õnnestus värsketel keemianobelistidel – Eric Betzigil ja William E. Moerneril USAst ning Stefan Wellil Saksamaalt – jõuda superlahutusvõimeni.

Tänu võimalusele näha üliväikest maailma nanomõõtkavas saab näiteks jälgida elusates rakkudes üksikuid molekule või vaadelda, kuidas ajus tekivad närvirakkude vahel ühendused – sünapsid.

Juba 1873. aastal sõnastas Ernst Abbe piiri – mikroskoobi lahutusvõime ei saa olla üle 0,2 mikromeetri.

Stefan Hell leiutas meetodi, mille puhul kasutatakse kahte laserkiirt, millest üks lühema lainepikkusega paneb molekulid helenduma, teine, pikema lainepikkusega võtab helenduse maha.

Valguskiirgus jääb alles ainult nanoskaalas. Seejärel uuritavat nanomeeter-nanomeetri haaval jäädvustades saab arvutis kokku panna pildi, mille lahutusvõime ületab Abbe’i seatud piiri.

Ameeriklased Betzig ja Moerner jõudsid selleni, et oskasid üksikute molekulide puhul helendust sisse ja välja lülitada ning jõuda üksikute molekulide puhul ülitäpse pildini.

REKLAAM JA KUULUTUSED

reklaam@ohtulehtkirjastus.ee