Seltsam und ungewöhnlich

Insektenschädlinge fressen sich jedes Jahr durch Tausende Tonnen Lebensmittel auf der ganzen Welt. Die Ernährungssicherheit in Entwicklungsländern wird besonders von Tierarten wie dem Kornkäfer und dem Roten Mehlkäfer beeinträchtigt, die sich seit Jahrtausenden darauf spezialisiert haben, in extrem trockenen Umgebungen zu überleben, einschließlich Getreidespeichern.

In einer neuen Studie untersuchten Forscher der Fakultät für Biologie der Universität Kopenhagen die molekularen und physiologischen Prozesse, die der Fähigkeit von Käfern zugrunde liegen, ihr ganzes Leben ohne das Trinken von flüssigem Wasser zu überleben. Eines der Geheimnisse dieser Eigenschaft liegt in ihren Hinterteilen.

Tatsächlich können Käfer ihren Enddarm öffnen und Wasser aus feuchter Luft aufnehmen und in Flüssigkeit umwandeln, die sie dann in ihren Körper aufnehmen können. Dieser neuartige Ansatz zum Wasserkonsum ist seit mehr als einem Jahrhundert in wissenschaftlichen Kreisen auf der ganzen Welt bekannt, aber bisher nie vollständig geklärt.

„Wir haben ein neues Licht auf die molekularen Mechanismen geworfen, die es Käfern ermöglichen, Wasser rektal aufzunehmen. Insekten reagieren besonders sensibel auf Veränderungen ihres Wasserhaushalts. Dieses Wissen kann daher genutzt werden, um gezieltere Methoden zur Bekämpfung von Käferarten zu entwickeln, die unsere Nahrung zerstören.“ Produktion, ohne andere Tiere zu töten oder Mensch und Natur zu schaden“, sagt Affiliate Professor Kenneth Veland Halberg vom Division of Biology, der die Forschung leitete.

Knochentrockener Stuhl zeugt von einer effektiven Flüssigkeitsextraktion

Die Forscher untersuchten die inneren Organe von Mehlkäfern, um mehr über ihre Fähigkeit zu erfahren, Wasser durch das Rektum aufzunehmen. Rote Mehlkäfer werden als sogenannte Modellorganismen verwendet, used to be bedeutet, dass sie Werkzeuge bieten, mit denen sie leicht zu handhaben sind, und dass ihre Biologie der anderer Käfer ähnelt.

Hier identifizierten die Forscher ein Gen, das im Rektum des Käfers im Vergleich zum Leisure des Tieres sechzig Mal stärker exprimiert wird als jedes andere Gen, das sie gefunden haben. Dies führte sie zu einer einzigartigen Gruppe von Zellen, die als Leptophragmata-Zellen bekannt sind. Bei näherer Betrachtung konnten sie erkennen, dass diese Zellen eine entscheidende Rolle spielen, wenn der Käfer Wasser über sein Hinterteil aufnimmt.

„Leptophragmata-Zellen sind winzige Zellen, die sich wie Fenster zwischen den Nieren des Käfers und dem Kreislaufsystem der Insekten oder dem Blut befinden. Da die Nieren des Käfers seinen Hinterdarm umgeben, funktionieren die Leptophragmata-Zellen, indem sie Salze in die Nieren pumpen, damit sie Wasser aus Feuchtigkeit gewinnen können Luft durch ihr Rektum und von dort in ihren Körper. Das Gen, das wir entdeckt haben, ist für diesen Prozess unerlässlich, used to be für uns neue Erkenntnisse sind“, erklärt Kenneth Veland Halberg.

Neben der Fähigkeit, Wasser aus der Luft zu saugen, sind Käfer auch äußerst effektiv darin, Flüssigkeit aus Lebensmitteln zu extrahieren. Auch trockenes Getreide, das zu 1-2 Prozent aus Wasser bestehen kann, kann zum Flüssigkeitshaushalt eines Käfers beitragen.

„Ein Käfer kann einen ganzen Lebenszyklus ohne das Trinken von flüssigem Wasser durchlaufen. Das liegt an seinem modifizierten Enddarm und den eng anliegenden Nieren, die zusammen ein Multiorgansystem bilden, das hochspezialisiert darauf ist, Wasser aus der Nahrung und aus ihm zu extrahieren die Luft um sie herum. Tatsächlich passiert es so effektiv, dass die von uns untersuchten Stuhlproben völlig trocken und ohne jede Spur von Wasser waren“, erklärt Kenneth Veland Halberg.

25 Prozent der weltweiten Nahrungsmittelproduktion gehen verloren

In den letzten 500 Millionen Jahren haben sich Käfer erfolgreich über den Planeten verbreitet. Heute ist jede fünfte Tierart auf der Erde ein Käfer. Leider gehören auch Käfer zu den Schädlingen, die verheerende Auswirkungen auf unsere Ernährungssicherheit haben. Mehlkäfer, Kornkäfer, Mehlkäfer, Kartoffelkäfer und andere Käferarten dringen jedes Jahr in bis zu 25 Prozent der weltweiten Nahrungsmittelversorgung ein.

Wir verwenden weltweit jedes Jahr etwa 100 Milliarden US-Greenback an Pestiziden, um Insekten von unserer Nahrung fernzuhalten. Herkömmliche Pestizide schädigen jedoch andere lebende Organismen und zerstören die Umwelt.

Daher ist es laut Kenneth Veland Halberg wichtig, spezifischere und „umweltfreundlichere“ Insektizide zu entwickeln, die nur auf Insektenschädlinge abzielen, während nützlichere Insekten wie Bienen in Ruhe gelassen werden. Hier könnte ein neues und besseres Verständnis der Anatomie und Physiologie der Käfer entscheidend werden.

„Jetzt verstehen wir genau, welche Gene, Zellen und Moleküle im Käfer im Spiel sind, wenn er Wasser in seinem Rektum aufnimmt. Das bedeutet, dass wir plötzlich im Griff haben, wie wir diese sehr effizienten Prozesse stören können, indem wir zum Beispiel zielgerichtete Insektizide entwickeln diese Funktion und tötet damit den Käfer“, sagt Kenneth Veland Halberg, der hinzufügt:

„Es gibt zwanzigmal so viel Insektenbiomasse auf der Erde wie die des Menschen. Sie spielen eine Schlüsselrolle in den meisten Nahrungsnetzen und haben einen enormen Einfluss auf praktisch alle Ökosysteme und die menschliche Gesundheit. Wir müssen sie additionally besser verstehen“, schließt der Forscher .

Zum Zeitpunkt seiner Erbauung Mitte des 12. Jahrhunderts warfare Notre-Dame mit einer Höhe von 32 Metern das höchste jemals errichtete Gebäude. Frühere Untersuchungen deuten darauf hin, dass dieser Rekord durch die Kombination einer Reihe von architektonischen Innovationen ermöglicht wurde. Trotz der umfangreichen Verwendung von Eisenverstärkungen in neueren Kathedralen und bei den Bemühungen zur Restaurierung adjust Gebäude warfare jedoch unklar, welche Rolle Eisen beim ursprünglichen Bau von Notre-Dame gespielt haben könnte.

Jetzt haben der Emblem von 2019 und die anschließende Restaurierung es L’Héritier und Kollegen ermöglicht, Zugang zu zuvor verborgenen Teilen von Notre-Dame zu erhalten, die Hinweise auf die mögliche Verwendung von Eisen beim Bau enthalten. Die Forscher erhielten Materialproben von 12 Eisenklammern, die zum Zusammenbinden von Steinen in verschiedenen Teilen des Gebäudes verwendet wurden, einschließlich der Tribünen, der Gänge und der oberen Wände. Sie wandten Radiokohlenstoffdatierungen sowie mikroskopische, chemische und architektonische Analysen an, um die Heftklammern besser zu verstehen.

Diese Analysen deuten darauf hin, dass in den frühesten Bauphasen von Notre-Dame in den 1160er Jahren tatsächlich Eisenklammern verwendet wurden, used to be es zum ersten Gebäude seiner Artwork macht, das sich in seiner gesamten Struktur auf Eisenklammern stützte.

In Kombination mit anderen archäologischen und historischen Erkenntnissen für diesen Zeitraum liefern die Analysen auch Informationen, die helfen könnten, das Verständnis des Eisenhandels, der Zirkulation und des Schmiedens im Paris des 12. und 13. Jahrhunderts zu vertiefen. Zum Beispiel scheinen viele der Klammern durch Zusammenschweißen von Eisenstücken geschmiedet worden zu sein, die aus einer Reihe verschiedener Bezugsquellen stammen.

Die Forscher stellen fest, dass weitere Analysen von Notre-Dame-Proben und eine umfassende Datenbank historischer Eisenproduzenten in der Area erforderlich sind, um ihre neuen Erkenntnisse über den mittelalterlichen Pariser Eisenmarkt zu bestätigen und zu erweitern.

Die Autoren fügen hinzu: „Die Radiokohlenstoffdatierung zeigt, dass Notre-Dame de Paris unbestreitbar die erste gotische Kathedrale ist, in der Eisen als echtes Baumaterial zur Schaffung einer neuen Shape der Architektur angesehen wurde. Die mittelalterlichen Baumeister verwendeten während ihres gesamten Baus mehrere tausend Eisenklammern .“

Tiermodelle der Angst sind ein wichtiges Device zur Untersuchung von Angststörungen, und die Ergebnisse können sowohl der Veterinär- als auch der Humanmedizin zugute kommen. Die vielen verschiedenen Aspekte der Angst können jedoch nicht alle effektiv im selben Tiermodell untersucht werden. Während Nagetiere oft untersucht werden, nutzt diese neue Studie die größeren Gehirne und den größeren Kortex von Hunden, um neuronale Netzwerke zu charakterisieren, die mit Angstzuständen verbunden sind. 25 gesunde und 13 ängstliche Hunde wurden von ihren Besitzern freiwillig gemeldet und mittels nicht-invasiver funktioneller MRT (fMRT) untersucht. Die Hunde wurden gemäß allen erforderlichen Tierschutzrichtlinien behandelt, um sicherzustellen, dass sie keine negativen Folgen der Studie erlitten. Die Forscher untersuchten den Ruhezustand von Hunden mit und ohne Angst, verglichen Netzwerkmetriken und Konnektivität zwischen Gruppen und bestimmten ihre Assoziationen mit Angstsymptomen.

Die fMRT im Ruhezustand zeigte, dass funktionelle Verbindungen zwischen der Amygdala und anderen Teilen des Angstkreislaufs, insbesondere dem Hippocampus, bei ängstlichen Hunden stärker als customary waren. Innerhalb des Angstkreislaufs waren Netzwerkmetriken, einschließlich globaler und lokaler Effizienz, in der Amygdala von ängstlichen Hunden höher. Hunde, die Angst und Unruhe gegenüber Fremden sowie Erregbarkeit zeigten, hatten mit größerer Wahrscheinlichkeit Gehirne, die abnormale Netzwerkmetriken in der Amygdala zeigten.

Die Forscher glauben, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass fMRT im Ruhezustand ein gutes Werkzeug zur Untersuchung von Angstmodellen bei Hunden ist und dass zukünftige Studien wie diese unser Verständnis darüber verbessern könnten, wie angstbezogene Schaltkreise im Gehirn bei angstgestörten Tieren verändert werden. und möglicherweise sogar Menschen mit der Bedingung.

Die Autoren fügen hinzu: „In diesem Manuskript haben wir funktionelle Gehirnnetzwerke unter Verwendung von Metriken der Graphentheorie konstruiert, um die Unterschiede zwischen ängstlichen und gesunden Hundegruppen zu vergleichen zu einem besseren Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen und des Krankheitsverlaufs von Angst bei Tieren und Menschen und helfen bei der Entwicklung personalisierterer und wirksamerer Therapien.“

Die thermischen Aufzeichnungen zeigen, dass Mäuse, die kürzlich einen Kampf verloren haben, „pinkelscheu“ werden, während die Sieger ihre Markierungshäufigkeit erhöhen. Auch die Geschwindigkeit und das Pace des Wasserlassens ändern sich, da die Männchen nach dem Kampf schneller die Markierung wahrnehmen.

Da Mäuse nur eine begrenzte Menge an Urin in Reserve haben, können Wissenschaftler verstehen, wie sie entscheiden, ihn freizusetzen – oder ihn zurückzuhalten –, wie Tiere mit ihren sozialen Signalen umgehen.

Das Papier der Gruppe, „Dynamic Adjustments to Sign Allocation Laws in Reaction to VariableSocial Environments in Space Mice“, wurde am 21. März in Communications Biology veröffentlicht. Die Hauptautorin ist Caitlin Miller, Ph.D. ’22, Postdoktorand am Scripps Analysis Institute. Das Group wurde von Seniorautor Michael Sheehan geleitet, einem außerordentlichen Professor in der Abteilung für Neurobiologie und Verhalten, die sich das School of Arts and Sciences und das School of Agriculture and Existence Sciences teilen.

Sheehan und Miller waren besonders daran interessiert zu sehen, ob und wie Mäuse ihre Artwork zu kommunizieren verändern, wenn sich ihr soziales Umfeld verändert.

Diese Shape der Kommunikation ist nur etwas chaotischer als unsere.

„Mäuse pinkeln ständig. Und ihre Welt ist sehr geruchsorientiert, auf eine wirklich excessive Weise“, sagte Sheehan. „Indem Mäuse entscheiden, wann und wo sie Urin markieren, verwalten sie ihre sozialen Profile, auf die andere Mäuse achten.“

Da Mäuse jedoch in so unglaublich kleinen Mengen pummeln und ihr Geschäft lieber im Dunkeln erledigen, conflict die Aktivität schwer zu dokumentieren. Sheehan entdeckte eine selection Methode, um das Urinieren von Tieren zu untersuchen – indem er hineintrat.

„Unser ehemaliger Hund wurde alt und inkontinent und fing an, ins Haus zu pinkeln. Ich wachte eines Morgens auf, ging die Treppe hinunter und trat in eine Pfütze mit kalter Pisse. Da wurde mir klar: ‚Oh, richtig, thermische Signatur., ‚“, sagte Sheehan. „Urin verlässt den Körper heat und kühlt dann ab, wodurch eine unverwechselbare thermische Spur entsteht, sodass wir das Markierungsverhalten mit vielen räumlichen und zeitlichen Main points messen können.“

Die Wärmebildkameras erfassten eine Vielzahl von Interaktionen, die zeigten, dass männliche Mäuse nuancierter und flexibler in ihren Reaktionen und Entscheidungen sind als zuvor berichtet.

„Das wirklich Dramatische ist, wenn sie gewonnen haben und sie den Urin einer neuartigen Maus riechen, tropfen sie schnell überall Pipi“, sagte Sheehan. „Und wenn sie verloren haben, verstummen sie. Sie pinkeln nicht mehr. Obwohl sie diesen neuen Mann nie getroffen haben, ändert die Tatsache, dass sie ein paar Tage zuvor verloren haben, ihre Strategie. Sie sagen: ‚Oh, Nein, halt es fest.'“

Aber das zu häufige Zurückhalten von Urin hat einen Nachteil. In einem anderen Papier, veröffentlicht am 15. Februar in Verfahren der Royal Society Bstellte die Gruppe fest, dass Männern soziale Kosten entstehen, wenn sie zu wenig in die Markierung investieren. Niedrig pinkelnde Männchen, die ihre Kämpfe gewannen, hatten es schwerer, zu gewinnen, mit intensiveren Kämpfen, die länger dauerten. Die Mäuse, die sie bekämpften, waren anscheinend weniger bereit, sich schwachen Signalgebern zu ergeben.

Zusammengenommen beleuchten die Papiere die Vor- und Nachteile, wie Tiere entscheidende Ressourcen für die Verwaltung ihrer sozialen Signalisierung haushalten.

„Die Herstellung von Urin ist für Mäuse metabolisch kostspielig, weil sie ihn verwenden, um Pheromonproteine ​​​​in ihrer Umgebung abzulagern“, sagte Miller. „Denken Sie an Bodybuilder; können Sie sich vorstellen, dass kein Protein, das sie konsumieren, in ihren Körper gelangt, sondern nur in die Welt hinausgeht? Und das ist eine Sache, auf die männliche Mäuse in Bezug auf Kompromisse stoßen müssen. Tut dieses Protein zu mir gehen? Oder geht dieses Protein in die Welt, damit ich mit anderen kommunizieren kann?“

„Mäuse werden stark selektiert, um Kosten und Nutzen der Urinmarkierung richtig abzuwägen“, sagte Sheehan. „Wenn wir diese Entscheidungsregeln verstehen können, können wir besser verstehen, wie die Evolution die Bemühungen optimiert, soziale Informationen zu produzieren und zu verbreiten.“

Zu den Co-Autoren gehören Melissa Warden, Assistenzprofessorin und Miriam M. Salpeter Fellow in der Abteilung für Neurobiologie und Verhalten; und Matthew Hillock ’20, Jay Yang ’18, Brandon Carlson-Clarke ’21, Klaudio Haxhillari ’19 und Annie Lee ’19.

Die Forschung wurde vom US-Landwirtschaftsministerium unterstützt.

Wenn Sie die Wörter Vakuum und Staub in einem Satz hören, stöhnen Sie vielleicht bei dem Gedanken, die Hausarbeit machen zu müssen. Aber in der Astronomie haben diese Wörter unterschiedliche Konnotationen. Vakuum bezieht sich natürlich auf die Leere des Raums. Staub hingegen bedeutet diffus durch den Raum schwebende Feststoffe. Es kann für einige Astronomen ein Ärgernis sein, da es ihre Sicht auf ein entferntes Objekt behindern kann. Oder Staub könnte ein nützliches Werkzeug sein, um anderen Astronomen zu helfen, etwas Fernes zu lernen, ohne die Sicherheit unseres eigenen Planeten verlassen zu müssen. Professor Tomonori Totani vom Institut für Astronomie der Universität Tokio hat eine Idee für Weltraumstaub, die wie Science-Fiction klingen magazine, aber tatsächlich eine ernsthafte Überlegung wert ist.

„Ich schlage vor, dass wir intestine erhaltene Körner, die aus anderen Welten ausgestoßen wurden, auf mögliche Lebenszeichen untersuchen“, sagte Totani. „Die Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems bedeutet typischerweise eine Suche nach Zeichen der Kommunikation, die auf intelligentes Leben hinweisen würden, aber jedes vortechnologische Leben ausschließen. Oder die Suche nach atmosphärischen Signaturen, die auf Leben hindeuten könnten, aber ohne direkte Bestätigung dort könnten immer eine Erklärung sein, die kein Leben erfordert. Wenn es jedoch Lebenszeichen in Staubkörnern gibt, könnten wir nicht nur sicher sein, sondern wir könnten es auch bald herausfinden.“

Die Grundidee ist, dass große Asteroideneinschläge Bodenmaterial in den Weltraum schleudern können. Es besteht die Möglichkeit, dass kürzlich verstorbene oder sogar versteinerte Mikroorganismen in Gesteinsmaterial in diesem Auswurf enthalten sein könnten. Dieses Subject matter variiert stark in der Größe, wobei sich unterschiedlich große Stücke im Weltraum unterschiedlich verhalten. Einige größere Teile könnten zurückfallen oder in permanente Umlaufbahnen um einen lokalen Planeten oder Stern eintreten. Und einige viel kleinere Stücke könnten zu klein sein, um nachweisbare Lebenszeichen zu enthalten. Aber Körner im Bereich von 1 Mikrometer (ein Tausendstel Millimeter) könnten nicht nur ein Exemplar eines einzelligen Organismus beherbergen, sondern sie könnten möglicherweise auch ihrem Wirts-Sonnensystem vollständig entkommen und unter den richtigen Umständen vielleicht sogar wagen zu uns.

„Mein Papier untersucht diese Idee anhand verfügbarer Daten zu den verschiedenen Aspekten dieses Szenarios“, sagte Totani. „Die damit verbundenen Entfernungen und Zeiten können enorm sein, und beide verringern die Wahrscheinlichkeit, dass Auswürfe mit Lebenszeichen aus einer anderen Welt uns überhaupt erreichen könnten. Hinzu kommt die Anzahl der Phänomene im Weltraum, die kleine Objekte durch Hitze oder Strahlung zerstören können, und die Die Chancen werden noch geringer.Trotzdem schätze ich, dass jedes Jahr etwa 100.000 solcher Körner auf der Erde landen könnten. Angesichts vieler Unbekannter könnte diese Schätzung zu hoch oder zu niedrig sein, aber die Mittel, um sie zu erforschen, existieren anscheinend bereits wie ein lohnendes Streben.“

Möglicherweise gibt es solche Körner bereits auf der Erde, und zwar in reichlicher Menge, konserviert an Orten wie dem antarktischen Eis oder unter dem Meeresboden. Weltraumstaub an diesen Orten könnte relativ einfach zurückgeholt werden, aber die Unterscheidung zwischen extrasolarem Subject matter und Subject matter, das aus unserem eigenen Sonnensystem stammt, ist immer noch eine komplexe Angelegenheit. Wird die Suche auf den Weltraum selbst ausgedehnt, gibt es aber bereits Missionen, die mit ultraleichten Materialien, den sogenannten Aerogelen, Staub im Vakuum einfangen.

„Ich hoffe, dass sich Forscher aus verschiedenen Bereichen für diese Idee interessieren und damit beginnen, die Machbarkeit dieser neuen Suche nach extrasolarem Leben genauer zu untersuchen.“ sagte Totani.

Maschinenbauingenieure aus Columbia arbeiten im Inventive Machines Lab von Professor Hod Lipson daran, diese Herausforderungen anzugehen. In einem neuen Point of view-Artikel, der heute von veröffentlicht wurde npj LebensmittelwissenschaftHauptautor Jonathan Blutinger, ein Postdoktorand im Hard work, geht diesen und weiteren Fragen nach und diskutiert mit Professor Christen Cooper von der Tempo College Diet and Dietetics die Vor- und Nachteile der 3-D-gedruckten Lebensmitteltechnologie und wie 3-D-gedruckte Lebensmittel im Vergleich dazu abschneiden „normale“ Lebensmittel, die wir essen, und die zukünftige Landschaft unserer Küchen.

VIDEO: https://youtu.be/AhVfU71tb2k

Die Technologie zum Drucken von Lebensmitteln existiert, seit Lipsons Hard work sie 2005 zum ersten Mal eingeführt hat, aber bis heute warfare die Technologie auf eine kleine Anzahl ungekochter Zutaten beschränkt, used to be zu Gerichten führte, die viele als weniger als appetitlich empfanden. Blutingers Group löste sich von dieser Beschränkung, indem es ein Gericht aus sieben Zutaten druckte, gekocht vor Ort mit einem Laser. Für das Papier entwarfen die Forscher ein 3-D-Drucksystem, das Käsekuchen aus essbaren Lebensmitteltinten herstellt – darunter Erdnussbutter, Nutella und Erdbeermarmelade. Die Autoren weisen darauf hin, dass das Präzisionsdrucken von mehrschichtigen Lebensmitteln besser anpassbare Lebensmittel produzieren, die Lebensmittelsicherheit verbessern und es den Benutzern ermöglichen könnte, den Nährstoffgehalt von Mahlzeiten leichter zu kontrollieren.

„Da der 3-D-Lebensmitteldruck noch eine im Entstehen begriffene Technologie ist, benötigt er ein Ökosystem unterstützender Branchen wie Hersteller von Lebensmittelkartuschen, herunterladbare Rezeptdateien und eine Umgebung, in der diese Rezepte erstellt und geteilt werden können. Seine Anpassbarkeit macht ihn besonders praktisch für die Pflanzen- Fleischmarkt, wo Textur und Geschmack sorgfältig formuliert werden müssen, um echtes Fleisch nachzuahmen“, sagte Blutinger.

Um das Potenzial des 3-D-Lebensmitteldrucks zu demonstrieren, testete das Group verschiedene Käsekuchen-Designs, die aus sieben Hauptzutaten bestanden: Graham Cracker, Erdnussbutter, Nutella, Bananenpüree, Erdbeermarmelade, Kirschnieselregen und Glasur. Sie fanden heraus, dass das erfolgreichste Design einen Graham Cracker als grundlegende Zutat für jede Schicht des Kuchens verwendete. Erdnussbutter und Nutella erwiesen sich am besten als Stützschichten, die „Swimming pools“ bildeten, um die weicheren Zutaten aufzunehmen: Banane und Marmelade. Designs mit mehreren Zutaten entwickelten sich zu mehrstufigen Strukturen, die ähnlichen Prinzipien wie Gebäudearchitekturen folgten; Es wurden mehr Strukturelemente benötigt, um weichere Substrate für einen erfolgreichen Mehrkomponenten-Schichtdruck zu unterstützen.

„Wir haben ein enormes Downside mit dem niedrigen Nährwert verarbeiteter Lebensmittel“, sagte Cooper. „Der 3-D-Lebensmitteldruck wird immer noch verarbeitete Lebensmittel hervorbringen, aber vielleicht wird der Silberstreifen für einige Menschen eine bessere Kontrolle und Anpassung der Ernährung sein – eine personalisierte Ernährung. Es kann auch nützlich sein, um Lebensmittel für Menschen mit Schluckstörungen attraktiver zu machen die Formen echter Lebensmittel mit den pürierten Nahrungsmitteln nachzuahmen, die diese Patienten – Millionen allein in den USA – benötigen.“

Laserkochen und 3-D-Lebensmitteldruck könnten es Köchen ermöglichen, Aromen und Texturen im Millimeterbereich zu lokalisieren, um neue Lebensmittelerlebnisse zu schaffen. Menschen mit Ernährungseinschränkungen, Eltern kleiner Kinder, Ernährungsberater in Pflegeheimen und Sportler könnten diese personalisierten Techniken bei der Planung von Mahlzeiten gleichermaßen als sehr nützlich und bequem empfinden. Und da das Gadget hochenergetisches gezieltes Licht für hochauflösendes, maßgeschneidertes Erhitzen verwendet, könnte das Kochen kostengünstiger und nachhaltiger werden.

„Die Studie hebt auch hervor, dass bedruckte Lebensmittelgerichte aufgrund der unterschiedlichen Artwork und Weise, wie das Essen ‚zusammengebaut‘ wird, wahrscheinlich neuartige Zusammensetzungen und Strukturen der Zutaten erfordern werden“, sagte Lipson. „Es ist noch viel Arbeit nötig, um diese Prozesse zu sammeln, zu modellieren und zu optimieren.“

Blutinger fügte hinzu: „Und mit einer stärkeren Betonung der Lebensmittelsicherheit nach der COVID-19-Pandemie könnten Lebensmittel, die mit weniger menschlicher Handhabung zubereitet werden, das Risiko von lebensmittelbedingten Krankheiten und Krankheitsübertragungen verringern. Dies scheint ein Win-Win-Konzept für uns alle zu sein.“

In JASA, herausgegeben im Auftrag der Acoustical Society of The us von AIP Publishing, untersuchten Forscher des Universitätsklinikums und der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen, wie sich anatomische Variationen im Stimmtrakt eines Sprechers auf die Sprachproduktion auswirken.

Der Stimmtrakt sieht aus wie ein Luftkanal, der an den Stimmbändern beginnt und sich vertikal durch den Kehlkopf bewegt, bevor er sich im hinteren Teil des Mundes krümmt und horizontal durch die Lippen verläuft. Umliegende Organe wie Lippen, Zunge, Wangen und Zähne können jedoch die Shape des Ganges und den daraus resultierenden Klang verändern.

„Sprechen ist wie ein Musikinstrument zu spielen“, sagte der Autor Antoine Serrurier. „Für Vokale sind die Stimmbänder die Schallquelle und der Stimmtrakt das Tool.“

Unter Verwendung von MRT zeichnete das Staff die Shape des Vokaltrakts für 41 Sprecher auf, während die Probanden eine Reihe repräsentativer Sprachlaute produzierten. Sie mittelten diese Formen, um ein klangunabhängiges Modell des Vokaltrakts zu erstellen. Dann verwendeten sie statistische Analysen, um die Hauptvariationen zwischen den Sprechern zu extrahieren.

Eine Handvoll Faktoren erklärt rapid 90 % der Unterschiede zwischen den Sprechern. Am wichtigsten waren die horizontale und vertikale Länge des Vokaltrakts. Letzteres fängt den Unterschied zwischen Männern und Frauen ein: Frauen haben höhere Kehlköpfe und daher kürzere Stimmbänder. Auch die Neigung des Kopfes und die Shape des harten Gaumens waren wichtig.

Eine Verlängerung des Vokaltrakts um 1 cm (in horizontaler oder vertikaler Richtung) veränderte die wichtigen Frequenzen, die Vokale unterscheiden, um 7 % bis 8 %. Die anderen Hauptfaktoren haben im Durchschnitt einen geringeren akustischen Einfluss, könnten aber bestimmte Resonanzen für bestimmte Arten von Geräuschen beeinflussen.

„Aus unserer Sicht bildet die Anatomie die Grundlage für die Sprachproduktion und verdient es, intestine analysiert und verstanden zu werden“, sagte Serrurier. „Unsere Studie schlägt eine Methode und ein Modell vor, um den Beitrag der Morphologie von der reinen Strategie eines Sprechers zu trennen.“

Die Forscher planen, die Anzahl der Sprecher zu erhöhen, um ihr Modell genauer zu machen. Sie zielen auch darauf ab, die Größenvariationen des Stimmtrakts zu entfernen, um die anderen, weniger ausgeprägten Faktoren genauer zu untersuchen.

Das Subject material Zinkoxid könnte laut dem Crew dank seiner Vielseitigkeit und der jüngsten Fortschritte in der Nanotechnologie in viele Komponenten zukünftiger Technologien, einschließlich Mobiltelefone und Pc, integriert werden.

Enrico Della Gaspera, außerordentlicher Professor der RMIT College, und Dr. Joel van Embden leiteten ein Crew globaler Experten, um in der Zeitschrift Produktionsstrategien, Fähigkeiten und potenzielle Anwendungen von Zinkoxid-Nanokristallen zu untersuchen Chemische Übersichteneine global einflussreiche Zeitschrift.

Professor Silvia Gross von der Universität Padova in Italien und Affiliate Professor Kevin Kittilstved von der College of Massachusetts Amherst in den Vereinigten Staaten sind Co-Autoren.

„Fortschritte in der Nanotechnologie haben es uns ermöglicht, die Eigenschaften und Leistungen von Zinkoxid stark zu verbessern und anzupassen, indem wir es superklein und mit intestine definierten Merkmalen gemacht haben“, sagte Della Gaspera von der College of Science des RMIT.

„Winzige und vielseitige Zinkoxidpartikel können jetzt mit außergewöhnlicher Kontrolle ihrer Größe, Shape und chemischen Zusammensetzung im Nanomaßstab hergestellt werden“, sagte van Embden, ebenfalls von der College of Science des RMIT.

„Dies alles führt zu einer präzisen Kontrolle der resultierenden Eigenschaften für unzählige Anwendungen in Optik, Elektronik, Energie, Sensortechnologien und sogar mikrobielle Dekontamination.“

Der Himmel ist die Grenze mit aufgesprühter Elektronik

Die Zinkoxid-Nanokristalle können in Tinte formuliert und als ultradünne Beschichtung aufgebracht werden. Das Verfahren ähnelt dem Tintenstrahldruck oder dem Airbrush-Lackieren, aber die Beschichtung ist hundert- bis tausendmal dünner als eine herkömmliche Farbschicht.

„Diese Beschichtungen können für sichtbares Licht hochtransparent, aber auch elektrisch hochleitfähig gemacht werden – zwei grundlegende Eigenschaften, die für die Herstellung von Touchscreen-Shows erforderlich sind“, sagte Della Gaspera.

Die Nanokristalle können auch bei niedriger Temperatur abgeschieden werden, used to be Beschichtungen auf flexiblen Substraten wie Kunststoff ermöglicht, die biege- und biegebeständig sind, sagt das Crew.

Das Crew ist bereit, mit der Industrie zusammenzuarbeiten, um potenzielle Anwendungen mit ihren Techniken zur Herstellung dieser Beschichtungen aus Nanomaterialien zu erkunden.

Was once ist Zinkoxid und wie kann es verwendet werden?

Zink ist ein reichlich vorhandenes Component in der Erdkruste und häufiger als viele andere technologisch relevante Metalle, einschließlich Zinn, Nickel, Blei, Wolfram, Kupfer und Chrom.

„Zink ist billig und wird bereits in großem Umfang von verschiedenen Industrien verwendet, mit einer weltweiten Jahresproduktion von Millionen Tonnen“, sagte van Embden.

Zinkoxid ist ein intensiv untersuchter Werkstoff, erste wissenschaftliche Untersuchungen wurden Anfang des 20. Jahrhunderts durchgeführt.

„Zinkoxid hat in den 1970er und 1980er Jahren aufgrund der Fortschritte in der Halbleiterindustrie großes Interesse geweckt. Und mit dem Aufkommen der Nanotechnologie und Fortschritten sowohl bei Synthesen als auch bei Analysetechniken ist Zinkoxid schnell zu einem der wichtigsten Materialien dieser Branche aufgestiegen Jahrhunderts“, sagte Della Gaspera.

Zinkoxid ist außerdem sicher, biokompatibel und bereits in Produkten wie Sonnenschutzmitteln und Kosmetika enthalten.

Zu den möglichen Anwendungen neben biegbarer Elektronik, die Zinkoxid-Nanokristalle verwenden könnten, gehören:

• selbstreinigende Beschichtungen
• antibakterielle und antimykotische Wirkstoffe
• Sensoren zur Erkennung von ultravioletter Strahlung
• elektronische Komponenten in Solarzellen und Licht emittierenden Bauelementen (LED)
• Transistoren, die Miniaturbauteile sind, die elektrische Signale steuern und die Grundlage moderner Elektronik bilden
• Sensoren, die zum Nachweis schädlicher Gase für Wohn-, Industrie- und Umweltanwendungen verwendet werden könnten.

Nächste Schritte

Um den Ansatz des Groups vom Exertions auf ein industrielles Umfeld zu skalieren, wäre die Zusammenarbeit mit den richtigen Partnern erforderlich, sagte Della Gaspera.

„Die Skalierbarkeit ist eine Herausforderung für alle Arten von Nanomaterialien, einschließlich Zinkoxid“, sagte er.

„Um die gleichen Bedingungen, die wir im Exertions erreichen, nachzubilden, aber mit viel größeren Reaktionen, müssen sowohl die Artwork der verwendeten Chemie angepasst als auch technische Innovationen im Reaktionsaufbau vorgenommen werden.“

Zusätzlich zu diesen Skalierbarkeitsherausforderungen muss das Crew den Mangel an elektrischer Leitfähigkeit angehen, den Nanokristallbeschichtungen im Vergleich zu industriellen Benchmarks aufweisen, die auf komplexeren physikalischen Abscheidungen beruhen. Die intrinsische Struktur der Nanokristallbeschichtungen, die mehr Flexibilität ermöglicht, begrenzt die Fähigkeit der Beschichtung, Elektrizität effizient zu leiten.

„Wir und andere Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daran, diese Herausforderungen anzugehen, und es werden gute Fortschritte erzielt“, sagte Della Gaspera.

Er sieht große Möglichkeiten, mit anderen Organisationen und Industriepartnern zusammenzuarbeiten, um diese Artwork von Herausforderungen anzugehen.

„Ich bin zuversichtlich, dass diese Herausforderungen mit der richtigen Partnerschaft gelöst werden können“, sagte Della Gaspera.

Der hohe Grad an Ordnung in CGC und Schwarzen Löchern wird dadurch angetrieben, dass jedes Gadget die maximal mögliche Menge an Quanten-„Data“ über die Eigenschaften der Teilchen einpackt. Dazu gehören ihre räumlichen Verteilungen, Geschwindigkeiten und kollektiven Kräfte. Solche Beschränkungen des „Informations“-Inhalts sind universell. Dies bedeutet, dass die Forschung darauf hindeutet, dass die Quanteninformationswissenschaft neue Organisationsprinzipien zum Verständnis dieser sehr unterschiedlichen Systeme liefern könnte. Die mathematische Entsprechung zwischen diesen Systemen bedeutet auch, dass das Studium des einen unser Verständnis des anderen verbessern kann. Von besonderem Interesse sind Vergleiche von Gravitationsstoßwellen bei Verschmelzungen von Schwarzen Löchern mit Gluonenstoßwellen bei nuklearen Kollisionen.

Wissenschaftler untersuchen die starke Kraft bei nuklearen Kollisionen. Am Relativistic Heavy Ion Collider, einer Einrichtung des US-Energieministeriums, werden Atomkerne, die auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, zu dichten Wänden aus Gluonen, die als Farbglaskondensat (CGC) bekannt sind. Wenn die Kerne kollidieren, entwickelt sich CGC zu einer nahezu perfekten Flüssigkeit aus Quarks und Gluonen, den grundlegenden Bausteinen, aus denen alle sichtbare Materie besteht. Obwohl die starke Kraft auf subatomarer Ebene wirkt, zeigt diese jüngste Analyse von Wissenschaftlern der Ludwig-Maximilians-Universität München, des Max-Planck-Instituts für Physik und des Brookhaven Nationwide Laboratory, dass CGC Merkmale mit Schwarzen Löchern teilt, riesigen Konglomeraten von Gravitonen, die Gravitationskräfte auf sie ausüben das Universum.

Beide Gruppen von sich selbst interagierenden Teilchen scheinen sich auf eine Weise zu organisieren, die eine universelle Grenze für die Menge an Entropie oder Unordnung erfüllt, die in jedem Gadget existieren kann. Diese mathematische Entsprechung weist auf Ähnlichkeiten zwischen der Entstehung, Thermalisierung und dem Zerfall von Schwarzen Löchern und dem hin, used to be passiert, wenn Wände von Gluonen bei nuklearen Kollisionen mit ultrarelativistischer Geschwindigkeit – nahe der Lichtgeschwindigkeit – kollidieren. Die Grenze der Entropie, die diese Korrespondenz antreibt, hängt mit der maximalen Informationspackung zusammen – ein Schlüsselmerkmal der Quanteninformationswissenschaft (QIS). QIS kann daher das Wissen der Wissenschaftler über Gluonen, Gravitonen, CGC und Schwarze Löcher weiter verbessern. Dieser Ansatz kann auch das Design von Quantencomputern vorantreiben, die kalte Atome verwenden, um Fragen zu diesen komplexen Systemen zu simulieren und zu beantworten.

Diese Forschung wurde vom Division of Power Place of work of Science, Programm Nuclear Physics, der Humboldt-Stiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.

In Physik der Flüssigkeiten, vom AIP Publishing, identifizieren die Forscher Ezgi Pulatsu und Chibuike Udenigwe der College of Ottawa eine Reihe von Faktoren, die die Druckqualität und die Komplexität der Shape von Lebensmitteln beeinflussen, die mit additiver Fertigung hergestellt werden. Die Berücksichtigung dieser Merkmale kann die Lebensmittelqualität erhöhen, die Kontrolle verbessern und das Drucken beschleunigen.

Die additive Herstellung von Lebensmitteln umfasst das Entwerfen (Three-D-Formen und ihre geometrischen Codes), die Vorverarbeitung (Zubereitung von Lebensmitteltinte), die Herstellung (Aufbringen von Schichten zur Erzeugung von Formen) und die Nachbearbeitung (Backen, Kochen, Kochen, Einfrieren, Braten usw.). Trocknen). Jeder Schritt ist eine Gelegenheit, leading edge Lebensmittel zu kreieren.

Das Ändern der Druckmuster und Zutaten der Ausgangsmischung oder -paste kann die Matrix und die Mikrostrukturen des Lebensmittels und damit seine Textur beeinflussen.

Der Fluss dieser Mischung in der additiven Fertigung ist ebenfalls entscheidend und wird manchmal durch die Kontrolle von Zutaten und Prozessbedingungen gefördert oder entmutigt.

„Extrusionsbasierter Three-D-Druck ist die am besten anwendbare Technik für Lebensmittel“, sagte Pulatsu. „Dabei wird eine mit einer Lebensmittelpaste – wie Püree, Teig oder Zuckerguss – beladene Spritze durch direkte (Druckkolben) oder indirekte Kraft (Druckluft) aus einer Düse gedrückt.“

Das Erstellen eines stabilen kontinuierlichen Flusses ist der erste Schritt zum erfolgreichen Drucken, sodass entworfene Formen durch kontrolliertes Schichten von fadenförmigem Subject matter hergestellt werden können.

„Sobald eine Schicht abgelagert ist, wollen wir nicht mehr, dass sie fließt, sonst zerstört sie die Shape, die wir geschaffen haben“, sagte Pulatsu.

Die Nachbearbeitung – durch Backen, Kochen, Kochen, Einfrieren, Braten oder Trocknen – wandelt die Mikro- und Makromoleküle der Lebensmittel physikalisch und chemisch um und führt zu verschiedenen Texturen und Geschmäckern. Gleichzeitig sollte die Shape konserviert oder sorgfältig kontrolliert werden.

„Wir haben auch andere Mechanismen zum Erstellen von Lebensmittelstrukturen durch verschiedene Three-D-Drucktechniken“, sagte Pulatsu. „Zum Beispiel verwendet Subject matter Jetting flüssige Bindemittel, die auf Pulver abgeschieden werden, um selbsttragende Schichten zu bilden, und es können auch flüssige Tinten verwendet werden, die nach der Abscheidung aushärten.“

Eine Möglichkeit, die additive Fertigung für die Lebensmittelindustrie effizienter zu gestalten, besteht darin, einen Druckpfad (eine Reihe computergesteuerter Bewegungen) einzurichten, der bei Lebensmittelanwendungen häufig übersprungen wird.

„Zukünftige Studien sollten die Kosteneffizienz verschiedener Technologien in Bezug auf die Bauzeit untersuchen, wobei auch Formenkomplexität und Werkzeugwegstrategien – die den Druckpfad, die Geschwindigkeit des beweglichen Kopfs und nichtdruckende Bewegungen beinhalten – berücksichtigt werden“, sagte Pulatsu. „Lebensmittel sind lebensnotwendig und werden aufgrund der zunehmenden Weltbevölkerung und der Umweltveränderungen immer wichtiger. Daher sollten neuartige Lebensmittel und Matrizen in Absprache mit Köchen, Lebensmittelwissenschaftlern und Ingenieuren und im Einklang mit den aktuellen Bedürfnissen entwickelt werden.“