Bevattningsförbud, larmrapporter och kampanjer för att spara vatten. På flera håll i landet har man fått vänja sig vid detta under de senaste åren. Gotland har varit särskilt utsatt med nästan helt tömda reserver.
Öns berggrund håller inte kvar nederbörden och mycket av regnet som faller fortsätter ut i havet. Detta i kombination med flera torra år har gjort situationen kritisk och regionen tog för några år sedan två snabba beslut om att bygga avsaltningsverk och göra Östersjövattnet drickbart.
2016 startade ett mindre verk i Herrvik på öns sydostkust och 18 juni i år invigdes Sveriges hittills största avsaltningsanläggning, i Kvarnåkershamn på sydvästkusten.
Kvarnåkershamns avsaltningsverk. Tommy Grönström, projektledare Region Gotland.
Anläggningen ligger inbäddad i strandskogen en bit in på land och hämtar vatten via en ledning en dryg kilometer ut i Östersjön. Efter flera steg av silning pressas det salthaltiga bräckta vattnet under högt tryck genom ett membran och ut på andra sidan kommer då ett vatten som i princip är destillerat, helt rent. Det nu lite saltare vattnet på andra sidan återförs till Östersjön.
Varje dygn producerar det så kallade bräckvattenverket i Kvarnåkershamn 5000-7500 kubikmeter vatten. Hela Gotland gör av med 25000-30.000 kubikmeter vatten per dygn. Så detta är ett mycket välkommet tillskott, berättar vattenchefen på Region Gotland Susanne Bjrgegaard Pettersson.
– Det har framförallt två betydelser. För det första har vi inte inte haft några reserver. Alls. Nu har vi det. För det andra kan vi nu börja avlasta norra Gotland som har behövt skicka vatten söderut. Grund- och ytvattentillgångarna i norr får nu återhämta sig och Visby blir inte lika känsligt för vattenbrist.
På södra Gotland har vattensituationen varit så ansträngd att det har rått byggförbud i flera år. Inga nya fastigheter med behov av vatten har fått anläggas. När man väl beslutade sig för att använda den i praktiken outtömliga vattenresursen runt ön, Östersjön, byggdes avsaltningsanläggningarna relativt snabbt, trots vissa protester.
– I botten finns inte någon politisk enighet. Det finns grupper som anser att vi till exempel borde minska turismen istället, säger Susanne Bjergegaard Pettersson.
Gotland är inte ensamt om att ta till avsaltning. Öland fick en ny avsaltningsanläggning i Sandvik 2017 som renar 3000 kubikmeter Östersjövatten per dygn. Och det är många kommuner i Sverige, främst i den sydöstra delen av landet, som har problem med vattenförsörjningen. Att problemen kommer till ytan nu beror på ett antal torra år då grundvattnet inte har fyllts på samtidigt som behoven stadigt ökar.
Hur kan det komma sig att Sverige med sin frodiga grönska och regelbundna regn har problem med dricksvattnet? Situationen är ju inte sådan som i till exempel Mellanöstern där nederbörden helt enkelt är alldeles för liten för att räcka till.
Orsakerna är flera. En är att det svenska urberget är relativt dåligt på att hålla kvar grundvatten. Så småningom läcker det ut i havet. De områden i Sverige som inte har något annat än grundvatten i sin närhet drabbas därför lätt av vattenbrist eftersom ledningssystemen är lokala. Det går inte att hämta vatten från fjällsjöar till en skärgårdskommun.
– Vi sitter fast i tänkandet att vi har stora överskott på vatten, men investeringarna och planeringen som vi gjorde på 60- och 70-talet räcker inte, säger Kenneth Persson, professor i teknisk vattenresurslära på Lunds universitet.
– Vi måste bli bättre på att kartlägga våra behov och arbeta strategiskt. Man kan fördela uttagen på ett större område, man kan optimera konsumtionen och spara vatten bättre, man kan jobba med landskapet och samla upp vatten med hjälp av dammar och grundvattenbarriärer. Men någon måste ta ett helhetsgrepp om de här frågorna, säger Kenneth Persson.
Till skillnad från exempelvis energiförsörjningen finns idag ingen myndighet med helhetsansvar för vattenförsörjningen. Den uppgiften delas mellan flera verk. Enligt Kenneth Persson bör uppgiften samlas på ett departement.
Avsaltning – en teknik med anor
I flera hundra år har man kokat havsvatten till sjöss för att få dricksvatten.1959 uppfanns membrantekniken och på 70-talet började man med hjälp av den avsalta mer storskaligt. På 2000-talet blev avsaltning av havsvatten en mogen teknik och antalet verk har fördubblats de senaste tio åren.
Membrantekniken kallas även omvänd osmos. Osmos betecknar det faktum att vätskor med olika salthalt vill blanda sig och uppnå samma salthalt. Omvänd osmos är alltså tvärtom, och man uppnår det genom att under högt tryck tvinga saltvatten genom ett membran som släpper igenom vattenmolekyler, men i princip inget annat.
Omvänd osmos är idag den helt dominerande tekniken för avsaltning. Den är energikrävande, men med hjälp av forskning och ingenjörskonst har processerna förfinats och energiåtgången minskar. Man har också tekniker för att inte dumpa det salta vatten som blir över rakt ut i havet, vilket förändrar ekologin runt verket. Det gäller att späda ut det innan dumpning.
Med hjälp av avsaltningstekniken har flera katastrofala situationer med tömda vattenresurser kunnat avvärjas. Efter 20 års torka i Australien tvingades fler stora kuststäder till akuta åtgärder under 2010-talet. Flera stora avsaltningsverk har öppnat de senaste åren, vilket gör att grundvattnet kan återhämta sig. Israel har satsat stort på avsaltning, vilket har kylt ner åtminstone de vattenrelaterade politiska motsättningarna i området. Hälften av landets vattenbehov kan nu tillgodoses med avsaltat vatten.
Israel återvinner även 80 procent av avloppsvattnet för bevattning i jordbruket. Just återanvändning av avloppsvatten är något som många forskare förordar att man ska göra innan man satsar på avsaltning.
– Vi har varit vana vid att ta färskvatten, använda det under en kort period och släppa ut det förorenat. Det är ett linjärt användande och i tusentals år har det fungerat eftersom naturen har tagit hand om det. Nu förändras det på grund av klimatförändringar och befolkningsökning. Vi skulle behöva tänka mer på att återanvända vatten och inte hela tiden söka nya vattenresurser, säger David Nilsson, forskare vid Vattencentrum vid Kungliga tekniska högskolan (KTH).
Ett sätt att tänka mer cirkulärt i frågan om vattenbrist är att låta renat vatten från reningsverken gå till så kallad teknisk användning. Istället för att använda dricksvatten till att spola gator, använda i tillverkningsprocesser, på byggarbetsplatser och i parker, skulle man lika gärna kunna använda renat avloppsvatten. Det kräver ett utbyggt ledningssystem, men görs i till exempel Tokyo, Madrid och Barcelona.
– I Sverige måste vi titta mer på återanvändning än vad vi gör. I kustkommunerna har vi redan stora problem. Ibland kanske man måste lösa problemet snabbt, som man har gjort med avsaltning på Öland och Gotland, men där jobbar man också med återvinning av vatten för olika ändamål. Man kan göra båda, säger David Nilsson.
I Namibias huvudstad Windhoek går renat avloppsvatten direkt tillbaka ut i kranarna. I Las Vegas sker i princip samma sak, med en mellanstation i Lake Mead. Det är extremt torra platser utan alternativ, men den typen av radikal återanvändning tvekar dock många inför.
– Äckelfaktorn är stark. Vi lär oss ju att vi dricker samma vatten som dinosaurierna, men från det till att dricka vatten som någon annan människa drack igår, där finns ett visst motstånd. Samtidigt är det nog mest en vanesak. I Las Vegas finns en stor stolthet över hur man löst vattenfrågan, säger Kenneth Persson.
Kenneth Persson tror att framtiden för avsaltning är ljus globalt. Det är en beprövad teknik och ingenting tyder på att den kraftiga expansionen kommer att mattas av. Tekniken förbättras och blir mindre energikrävande, samtidigt som miljöutmaningarna minskar. För Sveriges del tror han mer på andra lösningar.
– Jag tror att vi kanske kommer att bygga avsaltningsanläggningar vid storstäderna för att av strategiska skäl ha en säkring där. Men jag tror faktiskt att återanvändning av avloppsvatten i längden kommer att bli större än avsaltning i Sverige.
Text: Dag Kättström på uppdrag av forskning.se
Spara på vattnet
Ta korta duschar i stället för att bada i badkar. Samla upp regnvatten från takrännor för att vattna trädgården. Stäng av kranen när du borstar tänderna eller tvålar in dig.
Diska inte under rinnande vatten. Ställ en kanna med vatten i kylskåpet så har du kallt vatten redo, istället för att spola i kranen tills det blir kallt. Laga onödiga läckor och droppande kranar, över tid kan många kubikmeter gå till spillo.
Vattna inte med dricksvatten. Spola ur vattnet som stått still i kranen. Det kan man samla upp för att till exempel vattna växter med.
I Sverige regnar det mycket, men under sommaren tas allt vatten upp av växtligheten och avdunstar, så allt grundvatten måste bildas under höst och vinter. Och där har Sverige problem. Urberget som landet ligger på lämpar sig dåligt för grundvatten. Det håller kvar begränsade mängder och resten rinner sakta ut mot omkringliggande hav.
Situationen har blivit allt värre de senaste åren och i princip hela Sverige är idag drabbat av lägre grundvattennivåer än normalt. 2018 utfärdade 85 kommuner olika typer av restriktioner för vattenanvändning.
Det kalla och regniga vädret för två år sedan resulterade i att endast en bråkdel av det svenska vetet höll tillräcklig kvalitet för bakning. Förra årets avkastning var bedrövlig till följd av värme och torka. På grund av klimatet ökade livsmedelsimporten och de svenska lantbrukarna drabbades av stora inkomstbortfall.
– Vi kommer att få uppleva liknande situationer igen. Klimatförändringarna kommer att resultera i generellt varmare väder, men också i mycket mer extremer, i enlighet med vad många klimatforskare förutspår. Detta är förödande för den svenska växtodlingen och därmed för vår nationella matproduktion. I Norden saknar vi idag sorter som är anpassade till ett varmare klimat, men även till den långa dygnslängden vi har, säger Eva Johansson, professor och programchef för SLU Grogrund.
Världens viktigaste gröda
Vete är den gröda som odlas och handlas med mest. För att vi ska ha tillgång till bröd av svenskt ursprung och säkra livsmedelsproduktionen behöver vi även fortsättningsvis kunna odla vete av hög kvalitet i Sverige, menar SLU-forskarna.
Forskarna inom SLU Grogrund fokuserar på att hitta vetesorter som tål högre temperaturer och ett snabbväxlande klimat, med extremväder i synnerhet.
Proteiner och bakegenskaper
För att komma fram till vilka vetesorter som har de bästa bakningsegenskaperna används en kemisk metod där proteiner i en lösning får sedimentera. Det innebär att partiklarna (proteinerna) sjunker och lägger sig på botten av provkärlet. Ju mer sediment som bildas, desto bättre bakningsegenskaper anses vetet ha.
– Dessutom studerar vi vetets proteinkaraktär och typ med hjälp av vätskekromatografi för att ta reda på exakt vilken typ av proteiner som styr bakningsegenskaperna och brödets kvalitet. Därefter prioriterar vi en specifik typ av proteiner och gör ett urval bland de olika sorterna, säger Ramune Kuktaite.
Hur proteinkvaliteten i vetet har påverkats av extrema miljöfaktorer och variationer i klimatet har inte studerats tidigare, men målet är att de nya vetesorterna ska ha mycket bra proteinkvalitet och ett optimalt kväveupptag i ett förändrat klimat, jämfört med dagens sorter.
Källa: SLU
Äldre lantsorter har blivit intressanta
Samtidigt undersöker forskarna en unik samling av äldre vetematerial i ett annat projekt. Ett flertal rapporter från sommaren 2018 indikerar att gamla lantsorter som exempelvis Ölandsvete klarade torkan bättre än moderna vetesorter.
– Vi vill veta om detta stämmer och om de gamla lantsorterna kan innehålla gener som nu kan vara av intresse. Vi har tillgång till ett unikt vetematerial som tagits fram under en 40-årsperiod och som innehåller delar av kromosomer från råg. Eftersom att vi vet att råg är torktåligt så tror vi att materialet kan ha intressanta egenskaper, säger Ramune Kuktaite.
Effektivare metoder sparar tid och pengar
Växtförädling är en långsiktig process och det tar minst 10 år att få fram en ny sort.
– Allt tyder på att klimatförändringarna kommer att ske snabbt och vi behöver således öka tempot inom växtförädlingen, säger Eva Johansson.
– När vi utvärderar bakningskvaliteten hos vete behöver vi snabbare screeningsmetoder som sparar både tid och pengar. Vi tittar just nu på olika alternativ, säger Ramune Kuktaite.
SLU Grogrund har idag redan tillgång till effektivare screeningmetoder, däribland fenotypning. Denna metod innebär att forskarna använder bildanalys i kombination med generering och bearbetning av stora mängder data med hjälp av avancerade datorprogram.
– De här metoderna ger oss möjligheter att ta fram mer kunskap om vilka vetesorter som passar att odla under olika odlingsförhållanden. Genom att använda och utveckla ny fenotypningsteknik kommer det att bli möjligt att bedöma utvecklingen av ett stort antal vetesorter på kortare tid, vilket i sin tur reducerar kostnaderna för växtförädlingen, säger Aakash Chawade, projektkoordinator för forskningsprojektet ”Utveckling av fenotypning för vete och sockerbetor”, där vete är en av modellgrödorna.
– Konsumenter vill i allt större utsträckning veta var kläderna de köper kommer ifrån, vad de är tillverkade av för material och om de är etiskt producerade. Samtidigt vill producenterna kunna visa att deras produkter håller utlovad kvalitet och kunna skydda sig mot förfalskningar, säger Tarun Kumar Agrawal, doktorand inom textil management och en av dem som jobbar med att utveckla ett nytt spårbarhetssystem för att lösa problemen med spårbarhet.
Unik tagg trycks på plagget
I sitt projekt har Tarun Kumar Agrawal, doktorand inom textil management har undersökt spårbarheten på informations- och produktnivå, och hur det kan garanteras att informationen som passerar systemet verkligen är tillförlitlig. Han har också utvecklat en unik tagg som trycks på det färdiga plagget.
– Taggen innehåller små, små partiklar, som slumpmässigt bildar ett unikt mönster. Genom bildavläsning går det att identifiera dessa mönster, precis som man gör med fingeravtryck. I det nya spårbarhetssystemet kopplas sedan data till taggen.
Taggen har utvecklats och testats i labbskala och visar på lovande resultat när det gäller hållbarhet, vid exempelvis tvätt, vid nötning och tänjning.
– Det är viktigt att taggen är hållbar och att de partiklar som bildar det unika mönstret består och kan läsas av. Det är också viktigt när plagget är uttjänt och går till återvinning, för att kunna härleda vad textilen består av för material, om det exempelvis är ren bomull eller om det är något blandmaterial.
Använder ”block chain”-teknologi
Spårbarhetssystemet har utvecklats för att vara helt transparent, så att de intressenter som är kopplade till det kan följa vad som händer, från produktion av råvara till färdigt plagg och vidare ut till kund, genom hela försörjningskedjan.
– Systemet saknar central styrning, det är alltså inte en enskild part som äger och verifierar informationsöverföringen. Istället använder vi så kallad ”block chain”-teknologi, det är samma teknologi som används vid transaktioner med virtuell valuta, till exempel bitcoin, för att göra informationsöverföringen säker.
Det minskar risken för att informationen manipuleras av en enskild part eller om det uppstår något fel i systemet. Eftersom systemet är öppet för alla intressenter kan de följa produktionsprocessen hela vägen och det utvecklas ett förtroende mellan intressenterna. Konsumenterna kan också följa plaggets historia via det här systemet.
Globala samarbeten för hållbarheten
Spårbarhetssystemet är mycket lovande och nästa steg blir att skala upp det och förbättra den algoritm som används.
– Försörjningskedjan i och mellan de olika produktionsleden är komplex och mycket kan hända på vägen mellan de olika leden – från odling av bomull, till produktion av garn och vidare till textil, plagg, transport ut till butik och sist till konsument. Nu hoppas jag på att få till ett samarbete med något företag för att testa systemet i riktig miljö.
Hållbar utveckling har varit en bärande aspekt i projektet. Investeringar i infrastrukturen är avgörande för att branschen ska gå mot hållbar utveckling, likaså att jobba för ett ansvarstagande för produktion och konsumtion, menar Tarun Kumar Agrawal.
– Med kontroll över försörjningskedjan vid produktion av textilier och plagg, går det också få till en minskad klimatpåverkan. Globala samarbeten är nyckeln i arbetet för hållbar utveckling. avslutar Tarun Kumar Agrawal.
Projektet har genomförts inom EU:s ramverk Erasmus Mundus joint Doctorate Programme ”Sustainable Management and Design for Textile”, SMDTex, i samarbete med ENSAIT/University of Lille, Frankrike, Soochow University, Kina och Högskolan i Borås.
Studien är den första i världen som studerar sambandet mellan styrketräning och klimakteriebesvär.
Tidigare forskning har ibland visat på vissa samband mellan motion i allmänhet och minskade vallningar. Andra studier har dock inte kunnat visa något tydligt samband. En förklaring till de olika resultaten kan vara att intensiteten i träningen varierat.
– Det är förmodligen så att motionen måste innebära en rejäl ansträngning med påtagligt höjd puls, snabbare andning och svettningar för att förbättra klimakteriebesvären. Vår teori är att ansträngande träning kan påverka endorfinerna i det centrala nervsystemet där också temperaturregleringscentrum sitter, säger Emilia Berin, doktorand inom obstetrik och gynekologi vid Institutionen för klinisk och experimentell medicin.
Styrketräning är lätt att standardisera, samma moment upprepas och det är lätt att mäta och jämföra resultaten.
– Vi ville därför gå vidare och undersöka om just styrketräning ger någon effekt, säger Emilia Berin.
Pulshöjande träning minskade vallningar
58 kvinnor i klimakteriet deltog i studien. Medelåldern var 55 år. Hälften av dem levde sitt vanliga liv med viss oregelbunden fysisk aktivitet, mer eller mindre krävande. Den andra hälften började med styrketräning tre gånger i veckan, 45 minuter varje gång, i 15 veckor. Styrketräningen skedde på en nivå som innebar en påtaglig ansträngning för dem.
Resultatet visar att de som styrketränade minskade sina vallningar med 44 procent i genomsnitt, vilket den andra gruppen inte gjorde. De hade lika mycket besvär som tidigare.
– En slutsats är alltså att ansträngande styrketräning två till tre gånger i veckan kan få bort närmare hälften av alla vallningar och svettningar. Det bör ses som ett bra resultat. Hormontabletter, som östrogen, får visserligen bort närmare 90 procent av besvären. Men alla kan inte använda hormonbehandling, exempelvis kvinnor med bröstcancer eller män med prostatacancer, som också kan drabbas av vallningar vid medicinering, säger Emilia Berin.
Hon går nu vidare med att studera effekterna på livskvaliten hos de 58 kvinnorna i studien.
– Den analysen är inte klar men preliminära resultat visar att styrketräningen tycks ha effekt på livskvaliten i stort, sett till både fysisk och psykisk hälsa.
Kontakt:
Emilia Berin, avdelningen för barns och kvinnors hälsa, Institutionen för klinisk och experimentell medicin, Linköpings universitet, emilia.berin@liu.se
– Resultaten visar på en alarmerande hög förskrivning av opioider för artrospatienter, säger Martin Englund, professor vid Lunds universitet och läkare vid Skånes universitetssjukhus som lett studien, i vilken även forskare från Danmark och Storbritannien medverkat.
Forskarna utgick från register över personer i Skåne som fyllt minst 35 år (totalt 751 579 personer) och som fått diagnosen knä- eller höftledsartros någon gång under 1998-2015 (totalt 82 379 personer). Med hjälp av data från svenska Läkemedelsregistret kunde forskarna sedan se hur många av dessa personer som fått något opioidpreparat förskrivet mellan den 1 november 2014 och till den 31 oktober 2015. Det visade sig alltså vara nästan var fjärde artrospatient (24 procent).
Studien visade också att minst 12 procent av all ny opioidförskrivning görs till patienter med artros. Det var framför allt förskrivning av kodein, tramodol, oxikodon och morfinpreparat.
Beroendeframkallande preparat
– Resultatet är anmärkningsvärt. Opioider är beroendeframkallande preparat och finns inte med på listan över rekommenderade behandlingar vid artros, annat än i extremfall eller i samband med kirurgisk behandling. Men även då vi räknade bort förskrivningar av opioider i samband med operation, påverkades inte resultatet nämnvärt, säger Martin Englund.
Martin Englund menar att resultaten pekar på en stor utmaning inom artrosfältet: det finns bra grundbehandling för den som drabbas – artrosskolan – men många artrospatienter nyttjar inte denna grundbehandling. Därefter, och om man inte förbättras tillräckligt av grundbehandlingen, saknas det till stor del bra medicinska icke-kirurgiska behandlingsalternativ att erbjuda patienten, annat än viss symtomlindring.
Saknas läkemedel som lindrar smärtan
– Om personen har utvecklat svår artros, och andra behandlingar inte ger tillräcklig symtomlindring, kan man erbjuda protesoperation. Det är dock en omfattande och kostsam kirurgisk behandling, och den bör bara ges till patienter som verkligen behöver operationen.
– Däremellan saknar vården idag dessvärre läkemedelsbehandling som kan minska smärta och modifiera själva sjukdomsförloppet, det vill säga påverka den själva biologiska processen. Här behövs mer forskning, säger Martin Englund.
Martin Englund, professor i medicinsk forskning med särskild inriktning mot epidemiologi och ortopedi vid Lunds universitet och leg. läkare vid SUS, martin.englund@med.lu.se
För att skydda sig kan vissa djur skifta färg, andra ändrar kroppsform. Ett exempel på det senare är fiskarten ruda som byter skepnad när en gädda är i faggorna. Istället för den normalt långsmala kroppsformen växer rudan på höjden och blir mer lik en diskus. På så vis blir den avsevärt svårare för gäddan att äta och chanserna att överleva ökar.
Forskarna i Lund har studerat om den typen av kroppsliga förändringar som försvar mot rovdjur påverkar bytesdjurens immunförsvar. Resultaten är tydliga, djur som löper risk att angripas av rovdjur får generellt ett nedsatt immunförsvar jämfört med djur som inte är hotade.
Närvaron av rovdjur kan således ha dolda men potentiellt viktiga effekter på bytesdjurens överlevnadschanser.
Rädda rudor får sämre immunförsvar.
– Det kan innebära att de blir mer mottagliga för virus och bakterier och löper ökad risk att bli sjuka, säger Jerker Vinterstare, doktorand vid biologiska institutionen i Lund.
Varför centrala delar av immunförsvaret försämras är oklart, men forskarna tror att stress eventuellt kan vara en bidragande orsak. Tidigare forskning har nämligen visat att kronisk stress kan leda till nedsatt immunförsvar, och att ha rovdjur i närheten innebär sannolikt mycket stress.
Formar sig till en diskus
Forskarlaget har använt ruda som modelldjur, men tror att rovdjur kan ha en liknande effekt på immunförsvaret hos andra bytesdjur.
I studien noterar forskarna stora individuella skillnader i såväl kroppshöjd som immunförsvarets kvalitet hos rudor som lever i gäddvatten. En del rudor blir mer lika en diskus än andra. Det överraskande är att de individer som växer mest på höjden visar ett bättre immunförsvar än individer som inte växer sig lika höga.
Enligt forskarna hade det varit mindre förvånande om det varit tvärtom eftersom det kostar energi att ändra kroppsform. En individ som växer mer på höjden borde helt enkelt ha mindre energi att lägga på immunförsvaret.
Djärva rudor växer sig högre
– Det är överraskande men jag tror det kan hänga samman med personligheten hos olika individer. Sedan tidigare vet vi att djärva rudor skyddar sig mer mot gäddangrepp genom att växa mer på höjden än sina försiktigare artfränder, säger Jerker Vinterstare och fortsätter:
– Att ha en djärv personlighet är synonymt med att vara utforskande. En djärv ruda som rör sig över större områden löper ökad risk att stöta på faror, både i form av hungriga rovfiskar och sjukdomsorsakande mikroorganismer. Sådana individer har större behov av att investera i effektiva försvar.
Huvudinstrumentet ombord är baserat på en ny typ av teleskop som är utvecklat i Göteborg och beskrivs i en avhandling av Arvid Hammar.
Mats är den första svenska forskningssatelliten på 18 år, utvecklad i ett samarbete mellan forskare på Stockholms universitet, Chalmers och KTH.
Från sin omloppsbana på 600 kilometers höjd kommer Mats att studera så kallade gravitationsvågor i atmosfären (inte desamma som Einstein förutsåg) genom att detektera formationer i moln i mesosfären på 70-110 kilometers höjd.
I likhet med vågor i havet ger gravitationsvågor i atmosfären upphov till storskalig cirkulation. De är viktiga att studera för att förbättra nuvarande klimatmodeller och bättre förstå atmosfären som helhet.
För att göra mätningar på gravitationsvågor kommer Mats detektera UV-ljus från nattlysande moln och infrarött ljus från syremolekyler med hjälp av sex separata bildsensorer.
Forskningssatelliten Mats i monterat skick.
Arvid Hammar är nyligen disputerad industridoktorand som har arbetat på Omnisys Instruments och på institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap, MC2, på Chalmers. Han har ingått i ett team från Göteborg som har utvecklat och byggt de vetenskapliga instrumenten på forskningssatelliten.
Stor som en diskmaskin
Eftersom själva satelliten är relativt kompakt och lätt – den väger totalt 50 kilo och är ungefär lika stor som en vanlig diskmaskin, 60×70×85 kubikcentimeter (se illustration nedan) – kan endast ett teleskop användas för att avbilda atmosfären på de sex bildsensorerna. För att uppfylla de vetenskapliga målen måste Mats dessutom kunna upptäcka gravitationsvågor med storlekar ner till 200 meter över ett synfält på 250 kilometer i atmosfären samtidigt som störsignaler – ströljus – från exempelvis solen, och ljus från städer effektivt stängs ute.
– Att kombinera dessa krav i ett enda instrument är en mycket stor utmaning som var drivande för utvecklingen av Mats teleskop, som var det huvudsakliga fokuset i min avhandling, säger Arvid Hammar.
Själva teleskopet är ett så kallat off-axisteleskop och är det första i sin typ som utnyttjar en ny designmetod där linjär astigmatism elimineras för att drastiskt förstora synfältet samtidigt som upplösningen bibehålls. Att just storleken på synfältet kan göras större är nyckeln för en mission som Mats och kan inte göras med klassiska teleskop. Designen utnyttjar tre speglar som tillverkats ur solitt aluminium med hjälp av en speciell svarvningsteknik (diamond turning), vilket ger optisk kvalitet på ytorna.
Förutom design har utvecklingen av Mats även inneburit omfattande tester för att kunna garantera ett fungerande instrument i den utmanande miljö som rymden innebär. Optiken har testats i ett nybyggt labb för optiktester som Arvid Hammar har satt upp och ansvarat för som en del i sitt arbete.
Mats ska användas i ungefär två år för att studera den övre delen av atmosfären. Den data som produceras under den tiden kommer att användas av forskare över hela världen. Uppskjutningen är planerad till 2020 då flera satelliter skickas upp samtidigt från samma raket, bland annat en större kanadensisk satellit.
Sprängskiss av Mats (Mesospheric Airglow/Aerosol Tomography and Spectroscopy) som visar satellitens olika delar. illustration: Rymdstyrelsen
Satelliten Mats – första svenska på nästan 20 år
Uppskjutningen av Mats är planerad till 2020. Senast Sverige skickade upp en satellit var Odin 2001. Under sina 18 år i omloppsbana har den tillryggalagt närmare 100 000 varv runt jorden, men även Odin förväntades till en början bara kunna användas i två år.
– Det mest slående resultatet är att verkställande direktörer inte svarar så som de ”borde”, enligt tidigare teorier. Vi ser också att de tjänar ekonomiskt på att samarbeta och spela mindre aggressivt, jämfört med kontrollgruppen i studien, säger Jerker Holm.
Experimentet ryms inom det som nationalekonomerna kallar spelteori. Genom att utsättas för en rad val med olika konsekvenser, får deltagarna – i det här fallet kinesiska företagsledare – ta ställning till hur de skulle agera i olika fiktiva scenarier.
– Det är väldigt ovanligt att man kan genomföra sådana här spelteoretiska experiment med just vd:ar. De är upptagna och svåra att få tag i, men den här gången hade vi ett stort antal assisenter som ihärdigt hjälpte till och sökte upp cheferna, säger Jerker Holm.
Kinesiska vd:ar med i spelet
Det här är den första studien som använder en slumpmässigt utvald grupp av verkställande direktörer och jämför dem med en kontrollgrupp av jämförbara personer, där de fattar beslut i flera strategiska spel eller experiment. De 200 vd:arna för medelstora företag som deltog har alla sin bas i Kina, närmare bestämt i Yangtze-deltat (bl.a. Shanghai). Spelar det någon roll för resultatet att det är kinesiska företagsledare som ni har studerat?
– Alla länder har sin egen kultur och man ska alltid vara försiktig med att generalisera från specifika studier. Samtidigt deltar privata företagare i Kina i samma som beslut som företagare gör i andra länder. En fördel med att studera vd:ar i just Kina är att den privata företagsamheten där är så ung varför de flesta vd:ar är ”riktiga” entreprenörer som ofta startat verksamheten själva istället för att till exempel ärva den.
Tjänade mer på att samarbeta
Alla deltagare deltog i tre spel – Prisoner’s Dilemma, Chicken och Battle-of-the-Sexes. Chefernas beteende i alla spel skilde sig väsentligt från kontrollgruppen. De samarbetade mer i Fångarnas dilemma och spelade mindre hökaktigt i Battle-of-the-Sexes och Chicken-spelen. När de förväntade vinsterna räknas ut, är skillnaderna väsentliga mellan grupperna, där vd:erna tjänar mellan 11 och 44 procent mer än kontrollgruppen i dessa spel.
Det som förvånade forskarna var att vd:arna inte presterade bättre än kontrollgruppen genom att vara mer rationella eller själviska, utan i stället genom att samarbeta mer och vara mindre aggressiva.
– Den nationalekonomiska teorin om hur företag agerar på konkurrensutsatta marknader utgår från att ledningen ser prissättning, etablering och val av kvantiteter som strategiska spel. Därför går det att jämföra den teoretiska förutsägelsen mot vd:arnas faktiska beteende i denna typ av spel, förklarar Jerker Holm.
En möjlig tolkning av resultatet är enligt Jerker Holm att den privata marknaden kräver mindre aggressiva och mer samarbetsvilliga ledare än forskare tidigare antagit.
Jerker Holm står bakom studien tillsammans med professor Sonja Opper från Ekonomihögskolan i Lund och professor Victor Nee från Cornell University.
Jerker Holm, Professor i nationalekonomi på Ekonomihögskolan vid Lunds universitet hj.holm@nek.lu.se
En fönsterfilm med en specialdesignad molekyl skulle kunna ta udden av den värsta värmen mitt på dagen och istället fördela den jämnt från morgon till kväll. Molekylen har den unika förmågan att fånga upp energi ur solens strålar för att senare avge den som värme.
Soliga sommardagar kan det vara snudd på outhärdligt att vistas inomhus eller i bilar. Värmen strålar in och skapar en obehagligt hög temperatur för människor, djur och växter. Att använda energikrävande system som luftkonditionering och fläktar innebär att man bekämpar värmeenergin med annan energi. Forskare på Chalmers föreslår istället en metod som tar tillvara på värmen och fördelar den jämnt över en längre tid.
Avger värme åtta timmar efter solen
När deras specialdesignade molekyl träffas av solstrålarna fångar den upp fotoner och ändrar samtidigt form – den isomeriseras. När solen slutar lysa på fönsterfilmen avger molekylerna värme i upp till åtta timmar efter att solen gått ned.
– Målet är att skapa en behaglig inomhusmiljö även när solen gassar som mest, utan att för den skull förbruka energi eller stänga in oss bakom persienner. Varför inte utnyttja den energi som kommer gratis till oss istället för att bekämpa den, säger kemisten Kasper Moth-Poulsen, som leder forskningen.
I gryningen när filmen inte har tagit upp solenergi är den gul eller orange, då dessa färger är motsatsen till blått och grönt, som är det spektrum av solljuset som forskarna har valt att fånga. När molekylen fångar upp solenergi och isomeriseras tappar den sin färg och blir då helt transparent. Så länge solen lyser på filmen fångar den upp energi, vilket innebär att inte lika mycket värme når igenom filmen och in i rummet. I skymningen, när solljuset minskar, börjar värme avges från filmen och den får sakta tillbaka sin gula nyans och är redo att åter fånga solljus dagen därpå.
– Flygplatser och kontorskomplex, exempelvis, skulle både kunna minska sin energiförbrukning och samtidigt skapa ett behagligare klimat med vår film, eftersom dagens uppvärmnings- och avkylningssystem ofta inte hänger med vid snabba temperaturskiften, säger Kasper Moth-Poulsen.
Molekylen ingår i ett koncept som forskargruppen kallar för Most, vilket står för molecular solar thermal storage. Tidigare har gruppen presenterat ett energisystem för hus baserat på samma molekyl. Där handlar det om att – efter att solenergi fångats upp av molekylen – lagra den under en längre tid, exempelvis från sommaren till vintern, och då använda den för att värma upp ett helt hus.
Systemet som sparar sommarvärme till vintern
En forskargrupp vid Chalmers har gjort stora framsteg i utvecklingen av en specialdesignad molekyl som kan lagra solenergi för senare användning. Det går nu med molekylens hjälp spara energi i upp till 18 år, men energivärdet kan ökas mycket mer, menar Kasper Moth-Poulsen, biträdande professor i kemiteknik som också bedömer att teknologin kan vara i bruk om tio år (forskning.se 3 oktober 2018)
Forskarna insåg att de kunde förkorta steget till tillämpning genom att även optimera molekylen för en fönsterfilm, vilket också kan skapa bättre förutsättningar för det något mer invecklade energisystemet för hus.
Det som återstår för forskarna att göra är att öka koncentrationen av molekylen i filmen och samtidigt bibehålla filmens egenskaper, samt att få ned priset på molekylen. Enligt Kasper Moth-Poulsen är de dock mycket nära en innovation.
– Steget till att vår film blir tillämpad är så kort att det kan ske mycket snart. Vi är i ett mycket spännande skede när det gäller Most, säger Kasper Moth-Poulsen.
Enligt den rådande synen leds nervsignaler om smärta alltid långsammare än signaler om beröring i människan. Den sorts känsel som låter oss uppfatta beröring och ger oss förmågan att lokalisera var på huden den känns hanteras av nerver som har en myelinskida av fett som isolerar nerven.
Nerver med ett tjockt lager myelin, även kallade tjocka nervtrådar, leder nervsignalen snabbare än nerver utan myelinskida. Människans smärtsignalering anses däremot vara avsevärt mycket långsammare och skötas av nerver som bara har tunt myelin eller inget alls.
Hos apor och många andra däggdjur, däremot, kan delar av smärtsystemet leda nervsignaler lika snabbt som beröringskänseln. Forskarna undrade om ett sådant system finns även hos oss människor.
Avlyssnade en nervcell åt gången
– Förmågan att uppfatta smärta är kritisk för vår överlevnad, så varför skulle vi ha ett system för smärtsignalering som är avsevärt långsammare än det för beröring, och mycket långsammare än vad det kan vara? säger Saad Nagi vid Institutionen för klinisk och experimentell medicin, IKE, samt Centrum för social och affektiv neurovetenskap, CSAN, vid Linköpings universitet.
För att söka efter svaret använde forskarna en teknik som låter dem avlyssna signalerna i nervtråden från en enda nervcell åt gången. Hos drygt 100 friska försökspersoner letade forskarna efter nervceller som ledde nervsignalen lika snabbt som beröringsnervceller, men som i övrigt hade egenskaper som stämde överens med smärtreceptorer, eller nociceptorer.
Ultrasnabba smärtreceptorer
Smärtreceptorer kännetecknas av att de har förmåga att detektera skadliga retningar, som nyp och skrapningar på huden, och inte reagerar på lätt beröring. Forskarna fann att en åttondel (12 procent) av nervcellerna med tjock myelinskida hade samma egenskaper som smärtreceptorer, samtidigt som ledningshastigheten var hög som i beröringsnerver.
Forskarna gick vidare med att ta reda på vad dessa ultrasnabba smärtreceptorer fyller för funktion. Genom att skicka korta elektriska impulser via mätelektroden kunde forskarna aktivera samma enskilda nervcell. Försökspersonerna uppgav då att de upplevde skarp eller nålsticksliknande smärta.
– När vi specifikt aktiverar en enskild nervcell ger det en upplevelse av smärta, så dessa nerver har koppling till smärtcenter i hjärnan, säger Saad Nagi.
Svårt uppfatta mekanisk smärta
Forskarteamet undersökte också patienter med olika mycket sällsynta neurologiska tillstånd. En grupp bestod av personer som i vuxen ålder fått nervskador som lett till att de stora nervtrådarna med tjocka myelinskidor förstörts, medan de små nervtrådarna fanns kvar. Patienterna kunde inte uppfatta lätt beröring.
Forskarna förutspådde att förlusten av myelinklädda nervtrådar även borde påverka det snabba smärtsystemet som de identifierat. Det visade sig också stämma att dessa personer hade nedsatt förmåga att uppfatta mekanisk smärta. Undersökningar i patienter med två andra ovanliga neurologiska tillstånd gav liknande resultat. Upptäckten kan få stor betydelse för forskning om smärta och i diagnos och vården av smärtpatienter.
– Fram växer en bild av att tjocka nervtrådar bidrar till smärtupplevelsen vid mekanisk smärta. Vårt fynd utmanar läroböckernas beskrivning att vi har snabb beröringskänsel men ett långsamt smärtsignaleringssystem. Vi föreslår att smärta kan signaleras lika snabbt som beröringskänseln, säger Saad Nagi.
Studien är gjord av forskare vid Linköpings universitet, Liverpool John Moores University i Storbritannien och National Institutes of Health (NIH) i USA.
Vetenskaplig artikel:
An ultra-fast system for signaling mechanical pain in human skin, Saad S. Nagi, Andrew G. Marshall, Adarsh Makdani, Ewa Jarocka, Jaquette Liljencrantz, Mikael Ridderström, Sumaiya Shaikh, Francis O´Neill, Dimah Saade, Sandra Donkervoort, A. Reghan Foley, Jan Minde, Mats Trulsson, Jonathan Cole, Carsten G. Bönnemann, Alexander T. Chesler, M. Catherine Bushnell, Francis McGlone, och Håkan Olausson, Science Advances
Mellan planeterna Mars och Jupiter ligger tiotusentals asteroider i ett ringformat bälte runt solen. Tidigare beräkningar har gjort gällande att en del av dessa asteroider inte har bildats på sin nuvarande plats utan att de istället har sina rötter i de yttre delarna av vårt solsystem.
Enligt de teoretiska beräkningarna, som gjorts med hjälp av datormodeller, ska dessa asteroider ha transporterats inåt i solsystemet till följd av störningar som uppstod i gravitationen. Orsaken till störningarna anses vara de jättelika gasplaneterna, alltså Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.
Mätte meteoriternas moderkroppar
När dessa giganter bildades och tog form i sina omloppsbanor runt solen påverkades asteroiderna som då spreds och förflyttades från de yttre till de inre delarna av solsystemet.
Ett internationellt forskarlag har nu genom konkreta mätningar av så kallat karbonatmineral visat att de teoretiska datormodellerna stämmer. Till sin hjälp har de haft meteoritfynd på vår egen planet.
– Vi har studerat karbonatmineral i meteoriter för att förstå var meteoriternas moderkroppar, det vill säga asteroiderna, bildades, säger Paula Lindgren, geolog vid Lunds universitet och en av forskarna bakom studien.
Kolet kom från torr is
Genom att analysera meteoriternas karbonatmineral kunde forskarna dra slutsatsen att kolinnehållet tycks komma från koldioxid i fast form, alltså torr is, hos de aktuella asteroiderna. Sedan beräknade forskarna mängden torr is hos moderkroppen, vilket i sin tur säger något om de förhållanden som asteroiden bildats under, nämligen extremt låg temperatur där koldioxiden kondenserat till flytande form och frusit till is.
– Våra resultat kan hjälpa till att fastställa de teoretiska modellerna för solsystemets utveckling. Det har inte tidigare funnits bevis från meteoriter att asteroider har transporterats från det yttre solsystemet, säger Paula Lindgren.
Fetma uppkommer när energiintaget i det vi äter är större än den energi vi förbrukar. Men förmågan att behålla energibalansen varierar mellan individer. I dag vet vi att orsaken beror på flera faktorer där ärftlighet (genetisk predispositon) och livsstil (kost och motion) är de mest kända. Bakterierna i tarmfloran tros spela en viktig roll i såväl utvecklingen av fetma som i utvecklingen av sjukdomar.
Tarmflora
Tarmfloran inkluderar bakterier, arkéer (arkebakterier), svampar, virus etc som finns i våra tarmar. Hos en vuxen människa utgör bakterierna ett kilo av vår kroppsvikt.
Studier har visat att fiberrik kost är bra eftersom bakterier som bryter ner fibrer producerar kortkedjiga fettsyror som är viktiga för kroppens ämnesomsättning. Likaså har bakterier som tillverkar slem visat sig vara viktiga för att bygga upp tarmens insida så att den inte ska läcka ämnen ut i blodbanan och orsaka skada i form av autoimmuna sjukdomar.
Som en del i sitt avhandlingsarbete har Louise Brunkwall varit med om att starta upp Malmö Familjestudie Malmö Offspring Study, MOS som startade 2013. I studien följs människor i flera generationer och information om hälsa, vad de äter och avföringsprover samlas in. Målet är att vid slutet av 2020 ha 5000-6000 deltagare.
De första resultaten från studien visar att det kan finnas en länk mellan fetma mätt med BMI och tarmbakterierna.
– Vi har sett en koppling mellan ett hälsosamt matmönster och minskad risk för prediabetes – ett förstadium till typ 2-diabetes – som eventuellt går via en bakterie i tarmarna som hjälper till att bryta ned fibrer. Detta skulle kunna visa att ett hälsosamt matmönster kan bidra till en tillväxt av goda bakterier med positiva hälsoeffekter.
Fetma
Fetma innebär ett BMI (body mass index) över 30. BMI är ett mått baserat på en persons vikt och längd. Fetma är en riskfaktor för typ 2-diabetes som beräknas orsaka en miljon dödsfall varje år. Förutom typ 2-diabetes är fetma en riskfaktor för bland annat hjärt-kärlsjukdom och flera olika cancersjukdomar.
Måste ta hänsyn till hela kosten
Avhandlingen inkluderar även två arbeten där Louise Brunkwall studerat genetisk predisposition samt livsstil kopplad till matmönster.
– Vi fann att de som har fler riskgener för övervikt och drack läsk hade en större risk att vara överviktiga än de som hade färre antal riskgener eller de som drack mindre läsk, säger Louise Brunkwall.
Dock visade det sig att de som dricker mycket läsk (mer än en burk per dag) även generellt åt sämre än de som drack lite eller ingen läsk.
– Slutsatsen från den studien var att det kanske inte är så enkelt som att läsken ensam orsaker en stor riskökning för övervikt, utan kosten som helhet. Det är därför viktigt att ta hänsyn till den totala kosten när man studerar enskilda livsmedel.
Högt intag av sockersötade drycker såväl som drycker sötade med sötningsmedel samt kaffe kunde kopplas till individer med högt BMI och lägre utbildningsnivå, medan större intag av juice och te kopplades till lägre BMI och högre utbildningsnivå.
– Vi kunde också se att de som drack mycket sockrad dryck åt mindre av mat som vanligtvis förknippas med god hälsa, såsom frukt, grönsaker, yoghurt och fisk, medan de som drack mycket juice och te åt mycket av den sortens mat.
Bakterierna påverkas av allt
Louise Brunkwall är kritisk till alla böcker och bloggar som ger sken av att ”veta” och som ger råd och recept som sägs vara vetenskapligt underbyggda.
– De flesta studier man hänvisar till är mycket små eller gjorda på djur. I många studier har man tittat på extrema grupper eller undersökt effekten av att till exempel bara äta ost i tre dagar. Då ser man att bakterierna påverkas av i stort sett allt. Ingen är så ensidig i sin kost och alla lever i ett sammanhang, så för att kunna förstå vad som är bra eller dåligt måste man studera tusentals människor.
En ”bra tarmflora”
Vad som utgör en ”bra tarmflora” är det ingen som riktigt vet idag.
– Det finns så många aspekter av tarmflora. Vi tittar bara på någon form av slutprodukt, vi vet inte vad som händer längre upp i tarmen, säger Louise Brunkwall.
– Jag tror en större förståelse för, och kunskap om, tarmfloran kan lyfta kostens betydelse och eventuellt bidra till en mer individanpassad vård. Jag tror inte det kommer att ändra de rekommendationer vi har idag, men det kan bidra till att motivera oss att äta bättre om vi vet varför det är bra.
– Att tänderna är en del av kroppen blir tydligt i studien. Vi kan bland annat se att det verkar finnas ett direkt orsakssamband mellan riskfaktorer för hjärtkärlsjukdom och karies i tänderna, säger Ingegerd Johansson, senior professor vid Odontologiska institutionen vid Umeå universitet och den som lett studien.
Karies och tandlossning hör till de allra vanligaste sjukdomarna i hela världen med både lidande och stora vårdkostnader som följd. Till skillnad från flera andra folksjukdomar är kunskaperna om hur ärftligheten, våra gener, påverkar risken att utveckla dessa tandsjukdomar fortfarande knappa.
Att två personer som äter samma saker och sköter sin mun likadant ändå kan få olika många hål i tänderna är känt, men man har inte riktigt kunnat förklara varför.
Färre hål med rätt gen
Tidigare forskning har föreslagit ett antal gener som möjliga men ingen av dem har kunnat bekräftas. Det beror delvis på att komplexa sjukdomar, som karies och parodontit, kräver stora underlag för att dra slutsatser.
Forskarna kunde identifiera 47 stycken nya lokus, det vill säga ställen på generna, med koppling till karies. Studien bekräftade dessutom ett sedan tidigare känt immunrelaterat risk-lokus med koppling till aggressiv tandlossning.
Bland de gener som kunde kopplas till karies finns sådana med kända funktioner för bildning av tänder och käkben, för salivens skyddsförmåga och som påverkar vilka bakterier som finns på tandytan. Den gen som hade störst effekt kunde skattas till att ge skillnad på två kariesangripna tandytor. I klartext betyder det att den som har denna variation har två färre hål i tänderna än den som saknar den, allt annat lika.
Studien
Den aktuella studien är en så kallad metaanalys där forskare har kombinerat data från å ena sidan nio stycken internationella kliniska studier med 62 000 deltagare, med å andra sidan uppgifter om självrapporterad tandhälsa från UK Biobank med 461 000 deltagare i Storbritannien. Underlaget har analyserats med scanning av miljontals strategiska punkter i arvsmassan, genomet. Det gör studien till den största i sitt slag.
I studien tittade man även på genetisk koppling till kardio-metabola folkhälsofaktorer som rökning, övervikt, utbildning och personlighet. Det gick även där att se en koppling till tandhälsan. Genom att göra en särskild analys, så kallad Mendelisk randomisering, kunde man se att det inte bara handlar om en samvariation utan att det också finns ett direkt orsakssamband mellan karies och kardio-metabola riskfaktorer.
– Det är värdefullt att bättre kunna kartlägga vilka som särskilt ligger i riskzonen för problem med tänderna. Men alldeles oavsett vilket arv man bär på, gäller för alla att god munhygien och bra kostvanor är det viktigaste man själv kan göra för att minska risken för karies och tandlossning, säger Ingegerd Johansson.
Vetenskaplig artikel:
Genome-wide analysis of dental caries and periodontitis combining clinical and self-reported data, Nature Communication. Dmitry Shungin, Simon Haworth, Kimon Divaris, Cary S. Agler, Yoichiro Kamatani, Myoung Keun Lee, Kelsey Grinde, George Hindy, Viivi Alaraudanjoki, Paula Pesonen, Alexander Teumer, Birte Holtfreter, Saori Sakaue, Jun Hirata, Yau-Hua Yu, Paul M. Ridker, Franco Giulianini, Daniel I. Chasman, Patrik KE. Magnusson, Takeaki Sudo, Yukinori Okada, Uwe Völker, Thomas Kocher, Vuokko Anttonen,Marja-Liisa Laitala, Marju Orho-Melander, Tamar Sofer, John R. Shaffer, Alexandre Vieira, Mary Marazita,Michiaki Kubo, Yasushi Furuichi, Kari E. North, Steve Offenbacher, Erik Ingelsson, Paul W. Franks, Nicholas J. Timpson, Ingegerd Johansson. doi: 10.1038/s41467-019-10630-1.
Kontakt:
Ingegerd Johansson, Senior professor vid Institutionen för odontologi, Umeå universitet, ingegerd.johansson@umu.se
Idag används flera olika metoder för att avbilda proteiner men ingen metod erbjuder fullgoda möjligheter för att studera enskilda membranproteiner i deras naturliga miljö. Forskargruppen på Chalmers har nu framgångsrikt använt atomsondstomografi för att avbilda och studera proteiner. Metoden väcker uppmärksamhet eftersom tekniken fram till idag endast har använts för att karakterisera metaller och andra hårda material.
– Det var i samband med en studie av gränsytan mellan skelett och implantat som vi upptäckte att det gick att urskilja organiskt material i benet med den här tekniken. Då fick vi idén att vidareutveckla metoden för proteiner, säger Martin Andersson.
Den nya tekniken öppnar helt nya dörrar för läkemedelsforskningen. Genom att fånga proteiner i en nanokapsel av glas kan forskarna skapa unika bilder av proteinerna i naturlig miljö.
Proteiner är måltavla och transportör för läkemedel i kroppen, framförallt de proteiner som sitter i cellernas membran – som omsluter cellerna. Att förstå hur de fungerar är avgörande för att utveckla avancerade läkemedel, men det är en stor utmaning – dessa proteiner är mycket komplexa och utför många olika uppgifter som är nödvändiga för cellens överlevnad och funktion.
Kapslade in proteinet i extremt tunt glas
Utmaningen låg i att utveckla en provberedningsmetod som bibehåller proteinet intakt i sin naturliga miljö. Forskarna har nått framgång genom att kapsla in proteinet i en extremt tunn glasbit, endast cirka 50 nanometer i diameter. (1 nm är en miljondel av en millimeter.)
Sedan skivas det yttersta lagret av glasbiten av med elektriska fält, vilket frigör proteinet, atom för atom. Proteinet kan läsas av och dess tredimensionella struktur rekonstrueras i en dator.
Resultatet i studien har verifierats genom att jämföra med en befintlig tredimensionell avbildning av ett känt protein. I det fortsatta arbetet behöver provberedningsprocessen utvecklas för att snabba upp och öka precisionen.
Ser molekyler på atom-nivå
Metoden är banbrytande på flera sätt. Forskarna får inte bara fram den tredimensionella strukturen utan även proteinets kemiska sammansättning.
– Vår metod ger mycket god upplösning, och erbjuder där ett starkt komplement till befintliga metoder. Det blir möjligt att studera hur molekylerna är uppbyggda på atomnivå, säger Martin Andersson.
Så är proteiner byggda
Proteiner är uppbyggda av långa kedjor av aminosyror som veckar sig på olika sätt för att aktivera olika funktioner. För att förstå proteinernas funktion studeras alltså dess tredimensionella struktur, men om man flyttar proteinet från dess naturliga miljö ändrar det sin struktur. Därför är det avgörande att kunna avbilda och analysera membranproteiner då de fortfarande befinner sig i cellmembranet.
Med den här metoden kan potentiellt alla proteiner studeras, vilket inte är möjligt idag. Det är bara cirka 1 procent av de membranbundna proteinerna som man har lyckats strukturbestämma.
– Vi kan med den här metoden studera enskilda proteinmolekyler, till skillnad från dagens metoder som studerar en samling proteiner och sedan drar ett medelvärde, säger Gustav Sundell, forskare i Martin Anderssons forskargrupp.
Effektiviserar läkemedelstester
Med atomsondstomografi inhämtas informationen genom att bestämma atomernas massa.
– Eftersom vi hämtar information om atomernas massa i vår metod innebär det att vi kan mäta vikten. Därmed kan man till exempel utforma tester där läkemedelsmolekyler kombineras med olika isotoper (vilket ger dem olika massa) som gör dem urskiljbara i en studie. Det skulle bidra till att skynda på processen att konstruera och testa nya läkemedel, säger Mats Hulander, forskare i Martin Anderssons forskargrupp.
Åldrandet börjar i cellernas inre. Med en allt högre levnadsstandard lever vi längre. Men åldrandet har ett pris i form av sjukdomar som cancer, diabetes typ II, Parkinson och Alzheimer.
Men tänk om vi kan senarelägga eller förhindra sjukdomarna genom att göra något åt åldrandet i sig? Att åldras utan att bli skröplig. Hoppet växer ju mer vi lär oss om vad som händer i cellens inre.
Det pågår ett komplicerat samspel mellan organellerna som är cellens egna inre organ. När vi åldras slutar organellerna att fungera, en efter en. Det innebär att den storstädning som ständigt pågår i cellen inte längre fungerar. För att hålla sig ung måste cellen göra sig av med proteiner som skadats, felveckats eller börjat klumpa ihop sig.
Mitokondrierna – kroppens kraftverk
– Det finns sju eller åtta organeller beroende på hur man räknar. Det är viktigt att de pratar med varandra och kan påverka varandra med sina funktioner. Men de är involverade i ett tusental olika processer. Vi fokuserar på de processer vi tror är viktigast för att förstå hur cellen åldras, säger Martin Ott, professor vid Institutionen för biokemi och biofysik på Stockholms universitet.
Vad Martin Ott och hans medarbetare funnit är att en av organellerna, mitokondriet, spelar en nyckelroll. Mitokondriet är cellens kraftverk. När detta utsätts för stress aktiverar det ett skyddsprogram som understöder cellens alla funktioner. Detsamma sker vid när cellen åldras – till en viss gräns. Bortom den blir den inre kommunikationen allt sämre.
Den allra största organellen är själva cellkärnan, som innehåller arvsmassan i form av kromosomer. På 1930-talet upptäcktes att kromosomerna på sina ändar har skyddande ”hättor”, så kallade telomerer. Dessa ändar på DNA-trådarna är mycket sårbara. Med tiden förstod forskarna att telomererna förkortas i takt med att cellen åldras.
Telomererna – ändarna som skyddar dna
Utan telomerer skadas dna:et och celldelningen stoppas, varefter cellen dör. Många trodde att man nu hade hittat nyckeln som skulle lösa åldrandets gåta. Man föreställde sig till exempel att det skulle gå att mäta åldrandet genom att mäta längden på telomererna. I dag vet man åldrande inte är en följd av en, utan många komplicerade processer.
– Det finns test som visar hur långa telomererna är, och kopplingen mellan ålder och telomerlängd syns tydligt när man gör statistik på ett stort antal undersökta fall. Men i det enskilda fallet säger testvärdena bara att väldigt korta telomerer ger en större risk att dö i vissa sjukdomar som hjärtsjukdomar och infektionssjukdomar, säger telomerforskaren Marita Cohn vid Lunds universitet.
Under en period gästforskade hon hos Elizabeth Blackburn i San Francisco, en av dem som belönades med 2009 års Nobelpris i medicin för sin forskning om hur telomererna och ett enzym – telomeras – skyddar arvsmassan. Detta telomeras kan motverka att telomererna förkortas. Hos människa finns enzymet bara i vissa celler – framför allt i könsceller eftersom det är viktigt att cellerna hos nya individer får långa telomerer.
När Marita Cohn arbetade med Elizabeth Blackburn kunde hon visa att enzymet telomeras också finns i jästceller, något som är viktigt eftersom jäst är en vanlig modellorganism för att studera åldrande i cellen.
Mänskliga kromosomer (markerade med grå färg) täckta av telomerer (vit färg). Foto: U.S. Department of Energy Human Genome Program
Telomeras aktivt vid cancer
– Idag vet man att telomeras finns hos många arter, säger Marita Cohn.
Det finns förstås alltid en koppling mellan forskningen kring åldrandet och alla de sjukdomar vi förknippar med just åldrande.
Cancer är ett tillstånd där cellerna delar sig ohämmat. I många cancerformer är enzymet telomeras extra aktivt och förlänger telomererna vilket i sin tur är kopplat till okontrollerad tillväxt. Det är som om cellerna fått evigt liv. Det har dock visat sig att det även finns andra sätt för tumörceller att bibehålla telomererna. 15 procent av alla cancerformer använder sig av en alternativ process kallad ALT (Alternative Lengthening of Telomeres), som Marita Cohn forskar kring idag.
Kosten påverkar telomererna
Vi kan påverka telomerernas längd genom att äta rätt kost, enligt forskning av nobelpristagaren Elizabeth Blackburns. Man bör undvika processad mat, rökt kött och livsmedelstillsatser. Det verkar också som om depressioner och negativt tänkande är skadligt medan meditation har en positiv inverkan.
Föryngringssubstanserna – jakt på ämnen som finns hos unga
Att cellerna i dag kan granskas så närgånget beror på ny teknik. Ett exempel på den saken är ett projekt lett av Christian Riedel på Karolinska Institutet, som studerar hur gener uttrycks för att bygga olika proteiner. En gen (DNA i cellkärnan) kodar för ett RNA (en bärarmolekyl i cytoplasma), som i sin tur översätts till ett protein (till exempel ett enzym, med olika funktioner i kroppen).
På samma vis som de samlade generna kallas ”genom”, och de samlade proteinerna kallas ”proteom”, kallas översättningsledet med RNA-molekyler för ”transkriptom”. Genom att bearbeta den cellulära informationen hos transkriptomet i ett givet ögonblick, kan man registrera hur generna kommer till uttryck, det vill säga hur stora mängder det finns av varje typ RNA-molekyl.
Med maskininlärning har Riedels forskargrupp tränat datorprogram att känna igen om ett transkriptom härrör från en ung eller gammal människa. Man har sedan använt sig av ett dataregister av 1300 substanser som kan påverka transkriptomet.
– Med den här metoden kan vi identifiera substanser som ändrar transkriptomet i en riktning som är typisk för den yngre cellen, säger Christian Riedel.
Vissa av dem är sedan tidigare kända för att ha en livsförlängande effekt, till exempel telomeraset. Men forskargruppen har också lyckats hitta substanser som man tidigare inte visste hade sådana egenskaper. Två av dem, monorden och tanespimycin, har redan testats på rundmaskar. Ytterligare några intressanta substanser står på tur att testas på detta sätt.
– Ämnena förlängde maskarnas livslängd, och monorden förbättrade även deras hälsa. Dessa substanser är involverade i processer som hjälper cellens proteinmolekyler att behålla sin tredimensionella veckning, som i sin tur är avgörande för att ett protein ska kunna fullgöra sina uppgifter.
Kalorier kontra livslängd
Hur olika proteiner samspelar är också tydligt när man tittar på iakttagelsen att ett lågt kaloriintag bromsar åldrandet, något som bekräftats i djurförsök på såväl apor som råttor.
Av naturliga skäl är det svårt att göra kontrollerade studier av detta på människa. Men det finns undersökningar gjorda i Norge och Danmark på hur befolkningen påverkades av 1:a och 2:a världskriget. Tillgången på föda var då begränsad, något som tycks ha bromsat åldrandet och uppkomsten av åldersrelaterade sjukdomar som cancer och diabetes typ II.
Ingen förstod hur en sänkning av kalorierna kunde påverka livslängden. Man visste att oxidanter, en grupp ämnen som anhopas i cellen, är giftiga och påskyndar åldrande och åldringssjukdomar. Men för några år sedan kunde en forskargrupp nu vid Chalmers tekniska högskola visa hur detta var relaterat till kosten.
Peroxiredoxinet – enzymet för kalorirestriktion
– I cellerna finns enzymet peroxiredoxin som bryter ner väteperoxid och andra skadliga oxidanter i cellen. Men när cellerna åldras är enzymet inte längre lika effektivt. Genom att minska tillförseln av socker och proteiner till jästceller har vi visat att peroxiredoxinet inte sätts ur funktion, säger docent Mikael Molin, som leder forskargruppen vid Chalmers.
Nyligen har man också funnit en koppling mellan peroxiredoxin och cellens dygnsrytm. Ämnesomsättningen ser olika ut vid olika tider på dygnet och styrs av biologiska klockor. För detta krävs vanligen någon form av ljusreceptorer.
Jästsvamp som Molin använder sig av i sin forskning tycktes dock sakna en sådan mekanism – ända tills man upptäckte att peroxiredoxin på något ännu inte helt klarlagt sätt fungerar som en biologisk klocka. Det är ett intressant fynd; det är ju känt att störningar i dygnsrytmen både ökar risken för cancer och för förtidigt åldrande.
Text: Göran Frankel på uppdrag av forskning.se
Det är första gången som vegetation och markanvändning, och i synnerhet på den här detaljerade nivån, finns med i den klimatmodellering som görs inom EC-Earth, en global klimat- och jordsystemsmodell där forskare från Lunds universitet är delaktiga.
– Nu kan vi göra riktade experiment för att förstå vilken betydelse markanvändning och dynamisk vegetation har för det globala klimatet, säger Paul Miller, lektor vid Institutionen för naturgeografi och ekosystemvetenskap vid Lunds universitet och forskare på Centrum för miljö- och klimatforskning, CEC, i Lund.
Växelverkan mellan klimat och växter
Vegetationen, eller växtligheten på jorden, påverkas när klimatet förändras. Men växtligheten påverkar i sin tur också klimatet. Dels handlar det om olika fysikaliska processer, som till exempel avdunstning och reflektionsförmåga. Dessa varierar beroende på typ av växtlighet i ett område. När det snöar kan till exempel en grässtäpp eller en tundra bli vit och reflektera solens strålar, vilket händer i mindre grad om ett område är skogbevuxet.
Dels handlar det om vegetationens roll i kolcykeln, det vill säga hur mycket koldioxid som når atmosfären efter utbyte via fotosyntesen och respiration med allt det som växer på land, och nedbrytning av kolet i jorden. Olika växtlighet och markanvändning ger olika påverkan på atmosfären. Skog brukar till exempel innehålla mer kol än en åker gör.
Med den nya modellen undersöker forskarna nu vilken roll den dynamiska vegetationen och markanvändning spelar i scenarier där vi fortsätter att leva som idag, utan att reducera våra koldioxidutsläpp, och andra där utsläppen minskas.
– Hur ser framtiden ut för Amazonas och skogen på norra halvklotet som är enorma landbaserade kolreservoarer? Kommer ekosystemen på land, som savanner och dessa skogar, att fortsätta att vara kolsänkor framöver, det vill säga ta upp kol från atmosfären? Kommer träd ta över den nuvarande tundran? Och hur påverkar allt detta den globala kolcykeln? säger Paul Miller, som även är koordinator för forskningsmiljön MERGE inom vilket projektet samordnas.
Kvävets roll under luppen
Med dynamisk vegetation menas förändring i växtligheten – träd och plantor växer och dör, konkurrerar med varandra, reagerar på störningar som exempelvis bränder, och ökar eller minskar i utbredning beroende på hur klimatet förändras. Men även tillgången på näring, och då framförallt kväve, har betydelse.
– Med ett ändrat klimat kan nya områden bli potentiella för vegetation, men finns där ingen näring för växterna så kan de inte överleva, förklarar David Wårlind, forskare i naturgeografi som särskilt fokuserat på kvävecykelns roll i modellen. Även detta – att kvävecykeln finns med – är smått unikt. I underlaget till den senaste rapporten från FN:s klimatpanel fanns bara resultatet av två sådana klimatmodelleringar med.
Tidigare har andra klimatmodeller, med en enklare representation av vegetation, visat att förändringar av växtlighet och markanvändning kan leda till betydande, extra temperaturförändringar regionalt. I modellen från Lund arbetar forskarna med en helt ny detaljnivå när det gäller vegetationen. Man simulerar nästan på individnivå, det vill säga varje åldersklass av träd.
Atmosfär land och hav sammanflätade
– Det är unikt med en så pass detaljerad beskrivning av vegetation, säger Paul Miller.
Även jordbruks- och betesmark finns för första gången med. Sammantaget hoppas Paul Miller att Lundaforskarnas bidrag ska leda till mer realistiska framtidsscenarier framöver och förbättrad förståelse för klimatförändringarna i allmänhet.
– All den information vi får kan hjälpa oss att komma med bättre lösningar när det gäller utsläpp och markanvändning för att vända utvecklingen med den globala uppvärmningen, säger han.
Han får medhåll av kollegan Lars Nieradzik, forskare i naturgeografi som också arbetat med modellen. Att ha med alla komponenter som påverkar klimatet i en gemensam modell, och inte separera dem, är egentligen det enda rimliga eftersom atmosfär, land och hav är sammanflätade i verkligheten, understryker han.
– Att kunna simulera världens ekosystem på ett mer realistiskt sätt i klimat- och jordsystemsmodeller är av yttersta vikt eftersom det faktiskt är det enda redskap vi har för att kunna uppskatta framtidens klimat.
Gemenskap kring klimatmodellering
EC-Earth är ett europeiskt konsortium som gör det möjligt för forskare från hela Europa att samverka kring klimatmodellering. Enskilda länder har sällan möjlighet att på egen hand göra de omfattande datasimuleringar som krävs.
Forskare vid Institutionen för naturgeografi och ekosystemvetenskap i Lund, tillsammans med SMHI, medverkar i EC-Earths klimatmodellering, bland annat genom det strategiska forskningsområdet MERGE som koordineras av Centrum för miljö- och klimatforskning, CEC, Lunds universitet.
Forskarna i Lund har specifikt bidragit med modellen LPJ-GUESS som kan simulera detaljerad vegetation och markanvändning. Genom att använda den i EC-Earths klimatmodellering bidrar de med ny kunskap om vegetationens och markanvändningens betydelse för det globala klimatet.
Alla resultat man får fram är ett bidrag till CMIP6, en sammanställning av resultat från en rad olika globala klimatmodeller. Resultaten utgör underlag för de rapporter som sammanställs av FN:s globala klimatpanel (IPCC).
Vi använder kakor för att ge dig en bättre upplevelse av vår webbplats.
This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these cookies, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may have an effect on your browsing experience.
