Vážení soutěžící, níže naleznete správné odpovědi soutěžního kvízu Týdne vědy a techniky, jehož autorem je Fyziologický ústav AV ČR
www.biomed.cas.cz/fgu
1. V těle se šíří rychlá informace jako elektrické vzruchy. Čím je to způsobeno? a) Tím, že nervovými vlákny vedou nedávno objevená dlouhá nanometrová vodivá vlákna z oxidů železa (neurofilamenta), která šíří mikroampérové salvy vzruchů, podobně jako kabely vedou střídavý proud. Proto je železo nezbytným stopovým prvkem a proto také „cítíme“ zvláštní chvění, když procházíme pod vysokým napětím. b) Nervová vlákna nejsou elektricky nabitá, ale v okamžiku podráždění se otevírají mechanoreceptory a vznikají elektrické salvy podobně jako v piezzoelektrickém zapalovači vzniká elektrická jiskra. c) Vzruchy vznikají otevřením drobounkých kanálků pro sodné ionty, které tečou dovnitř nervových a svalových vláken, depolarizují a dokonce na několik milisekund otáčí elektrickou polarizaci buněk. To depolarizuje sousední úseky nervového vlákna a vzruch se šíří. Pak se Na-kanálky uzavřou a vzruch zmizí.
2. Většina mužů má lepší orientační a prostorovou schopnost (například lépe zaparkují auto) než většina žen. Čím je to způsobeno? a) Muži mají v průměru oči dále od sebe a to jim umožňuje lepší odhad vzdáleností a prostorovou orientaci hlavně na dálku. Ženy mají oči blíž u sebe, a proto lépe hledají v šuplících a skříních. b) Orientace je dána zpracováním optické informace v asociačních oblastech v předním mozku, kde se vypracovává tzv. kognitivní mapa, a tyto orientace podle vnitřní mapy se poněkud liší u mužů a žen. c) Ženy téměř nemají zkřížení optických vláken (chiasma), které se nachází na spodině mozku a přenáší část obrazu ze sítnice oka do obou polovin mozku a umožňuje prostorové vidění.
3. Když si poraníme svalová vlákna při sportu nebo se řízneme, zahojí se poraněný sval téměř dokonale. Srdeční sval se po infarktu myokardu (když ho přežijeme) zahojí v poškozeném místě za ucpanou větévkou koronární tepny kolagenovou jizvou a je nefunkční. Čím to je? a) Dlouhá vlákna svalů mají na svém povrchu drobounké nezralé jednojaderné buňky (satelitní buňky), které při poranění hlavního vlákna začnou růst a splynou znovu do nového stažitelného vlákna, jež k nepoznání nahradí původní poškozené. Srdeční svalové buňky satelitní (progenitorové, kmenové) buňky v takovém množství nemají, a proto je regenerace srdeční svaloviny téměř nemožná. b) Svalová vlákna regenerují tak, že se poškozené konce protáhnou, vyhledají se pomocí chemických látek, tzv. integrinů, a srostou. Proto musí být poškozený sval fixován, aby se konečky lépe našly. Stále pracující srdeční sval neumožní tak dobrý srůst a regeneraci poškozených vláken po nedostatku kyslíku při infarktu. c) Poškozená svalová vlákna kosterních svalů regenerují stejně špatně jako vlákna svalu srdečního. Ale protože svaly mají vláken mnohem víc než srdce, téměř to po vyhojení nepoznáme, jen se trochu zpomalí reakční rychlost.
4. Naše reakční zpoždění (reakční doba) například při brzdění se pohybuje mezi 0,5–1 sekundou. Máme pomalejší reakce než moucha domácí. Proč? a) Zpomalení je dáno pomalou rychlostí vedení vzruchů našimi nervovými vlákny (nejpomalejší vedou asi 0,5 m/s), která se ještě zpomalí po alkoholu nebo drogách. Moucha má nervová vlákna jednak kratší, jednak jsou po nich rychleji vedeny impulzy. b) Naše reakce od podráždění oční sítnice až po brzdový pedál je zprostředkována nejen nervovými vlákny, ale i desítkami a stovkami chemických synapsí, spojů mezi neurony. Na každé chemické synapsi dochází ke zpoždění asi 0,7 milisekundy a hlavně jejich sečtením je dána naše reakční doba. Moucha má ve svých gangliích hodně tzv. synapsí elektrických, které nemají žádné zpoždění, a proto má reakční dobu mimořádně krátkou, hlavně v létě za tepla. c) Jsme teplokrevní a uplatňuje se zde tzv. teplotní nervový paradox. Při vyšší tělesné teplotě 36–37 °C a nám klesá rychlost vedení impulzů s teplotním koeficientem Q = -4,2. To znamená, že každým zvýšením teploty o 10 °C se v důsledku pomalejší difúze iontů zpomalí v nervové membráně vedení impulzů asi čtyřikrát. Proto při horečce reagujeme malátněji a pomaleji. Moucha lépe vidí pohyb naší ruky díky složenému oku a mnohem většímu počtu nervových vláken, která obraz vedou do jejího mozku (nadjícnového ganglia). Proto reaguje rychleji.
5. Sonar (vysílání a přijímání odraženého zvuku) mají mnozí živočichové. Ve které z následujících skupin živočichů jsou uvedeni ti, kteří sonar nepoužívají? a) sviňuchy a velryby b) lelek jeskynní, macarát jeskynní c) netopýři a delfíni
6. V poslední scéně Shakespearova dramatu Othello škrtí žárlivý mouřenín Othello svou údajně nevěrnou ženu Desdemonu, která ještě přitom chvíli mluví nebo i zpívá (ve stejnojmenných operách Rossiniho nebo Verdiho). Při škrcení se jí trochu mění kyselost (pH) krve. Jak? a) pH krve lehce stoupne a je zásaditější (tzv. alkalóza), protože se uvolňuje hydroxid draselný z přidušených svalových buněk, naváže se na zvláštní vazebná místa na hemoglobinu, ta jej dopraví do mozku, a to vede rychle k mdlobě. b) pH naopak trochu klesne, protože se uvolní do krve kyselina mléčná, podobně jako při rychlém běhu (metabolická acidóza). Normálně by se kyselina mléčná odbourala ve svalech a srdci, ale při nedostatku kyslíku při škrcení vede toto okyselení krve k okamžitému selhání mozku, protože se vysráží nerozpustný fosforečnan vápenatý. c) pH trochu klesne, protože se stále uvolňuje do krve z tkání oxid uhličitý z metabolických procesů (jako při rozpouštění šumivého nápoje). Nemůže se ale při přidušení z hemoglobinu uvolnit v plicích a vydýchat (respirační acidóza) a krev je kyselejší.
7. Velbloudi vydrží denní vysoké teploty v poušti a dlouhou dobu bez pití. Čím to je? a) Schraňují vodu ve zvláštních mikrováčcích rozesetých v tukové hrbů. Po vyčerpání se voda v zásobnících rychle doplní během několika minut u studny, kdy velbloudi vypijí mnoho litrů vody najednou.
b) Velbloudi se sice intenzivně potí, a tím ochlazují, ale voda z kůže se okamžitě vstřebává zpátky zvláštními žlázami. Podobně jako u pouštních bezobratlých mohou tyto žlázky dokonce vstřebávat aktivním transportem vodu ze vzduchu, i když je relativní vlhkost velmi malá. c) Mohou za dne a horka zvýšit tělesnou teplotu až na 41 °C a nemusí se ochlazovat. Mají tzv. „tepelná okna“, která je chladí: dýchají nosem a krev chladí mozek, holé nohy také odvádějí teplo. V těle se jim usazuje odpadní močovina a ta se odvádí rychle močí po dodatečném pořádném napití.
8. Blízké příbuzenské křížení se vyskytuje u mnoha savců. Mořští dravci kosatky se ale úplně příbuzenskému křížení vyhýbají, přestože celý život tráví v rámci jedné rodinné skupiny. Vzorky DNA dokázaly, že samice se páří výlučně se samci z jiných rodinných skupin, což zlepšuje genetickou odolnost potomků. Kosatky si tedy hledají partnery, kteří jsou příbuzensky co možná nejvzdálenější. Jak si je kosatky vybírají? a) Na základě přitažlivější vůně (feromonů), kterou kosatky vylučují do vody a mořské proudy roznášejí kilometry daleko. b) Řídí se poslechem jejich zvláštních zvukových projevů, neboli ‚dialektu‘, přičemž si vybírají partnera, který má dialekt co možná nejodlišnější. c) Kosatčí populace se podstatně liší černobílou kresbou na boku za hlavou a výběr se řídí hlavně zrakem, jako většinou i u lidí. Čím je kresba odlišnější od členů vlastní širší rodiny, tím je partner atraktivnější.
9. Osvobozování velkých kytovců uvízlých na pobřeží... a) Je velmi důležitý ochranářský počin a pobřežní lidské aglomerace by měly být připraveny za jakoukoliv cenu velryby vrátit zpátky na širé moře, protože vpodstatě všechny druhy kytovců jsou ohroženy, i když například vorvaňů už zase mírně přibývá. Záchrana každého jednotlivce je ale stále prioritní záležitost. Nejprve je třeba zvíře uchránit před oschnutím kůže a očí postřikem a poléváním, pak je třeba povolat plavidlo, upevnit za ocas popruhy a vtáhnout kytovce zpět do hlubšího moře. Nechtěný pobyt na suchu je jinak pro zachráněná zvířata bez následků. b) Jen prodlužuje utrpení zvířat. Velryby by měly být co nejrychleji šetrně utraceny, protože mají už po několika hodinách těžce poškozené ledviny. Velryba na souši není nadlehčována vztlakem vody, a vlastní vahou proto dochází k těžkému poškození svaloviny, tzv. rabdomyolýze, při které se do krevního oběhu uvolňuje myoglobin, draslík a vápník. Myoglobinu mají kytovci hodně, je důležitý pro dlouhé ponory, protože ve svalových vláknech váže O2 podobně jako hemoglobin v krvinkách. Ale myoglobin je toxický pro játra a ledviny a po několika hodinách mimo vodu má velryba tyto orgány už nenávratně poškozené. I proto se řada „zachráněných“ velryb stává hříčkou vodních proudů a vln a opětovně se dostává na mělčiny. U lidí je uvolněný hemoglobin součástí rizikového stavu při úrazech jako tzv. závalový syndrom („crush syndrome“). c) Je pro přeživší jedince tragické i z jiného hlediska – mění se jejich chování. Nejsou po záchraně přijmuty do žádného stáda. Jejich psychika je pobytem na suchu tak poškozená, že přestávají vydávat dorozumívací zvuky a brzy zahynou na tzv. „spinning syndrome”. Zachránění keporkaci a vorvani plavou na jednom místě v kruzích a pod několika dnech, max. týdnech uhynou vyčerpáním a hladem.
10. Japonská kuchyně má jedinečnou specialitu – rybu fugu, „pufferfish". Je to čtyrzubec z čeledi Tetraodontidae a jeho maso je mimo reprodukční období výjimečnou pochoutkou. Ale v ovariích, ledvinách a střevech má fugu velmi prudký jed, tetrodotoxin (TTX), který po chybě asijského kuchaře téměř okamžitě inhibuje kanálky pro Na ionty v nervech. Nervy přestanou vést impulzy a labužník – jeden z několika desítek otrávených ročně – po chvilce umírá. Podobně působí i běžná lokální anestetika, jako je prokain a novokain,
ale otrav je, zdá se, mnohem méně. TTX se často používá v detektivkách (Columbo) a v neurofyziologických laboratořích. Které tvrzení o TTX je nepravdivé: a) Jed je produkován podobně jako u hadů, štírů apod. zvláštní žlázou, jež ústí u této ryby za žaludkem do střeva a je napojena i na ovaria a varlata. V ovariích a varlatech TTX reguluje vývoj jiker a spermií a usmrcuje geneticky poškozené buňky. Proto je ho hodně v době tření. Známe velmi účinnou protilátku na bázi vanilinu, která bezpečně oběť zachrání, ale je velmi nestálá a drahá. Mohou si ji dovolit jen luxusní restaurace, a tudíž i otravy jsou běžnější v lacinějších tavernách. b) Smrtelná dávka TTX pro dospělého člověka je kolem 1 mg. Otrávit se lze polknutím jedem kontaminovaného masa, ale i vdechnutím či dokonce absorpcí neporušenou kůží (opatrnost v laboratoři je nutná). První příznaky přicházejí poměrně rychle. Za 5–30 minut po požití závadného masa ztrácíme citlivost rtů a jazyka, pociťujeme nutkání na zvracení, snížení krevního tlaku. Pak nastupuje slabost končetin a smrt v důsledku paralýzy nervů k respiračním svalům, především n. frenicus k bránici. Specifické protilátky ani léčba nejsou známy. c) Tetrodotoxin je produkován v moři některými obrněnkami a bakteriemi rodu Vibrio (Vibrio alginolyticus), které jsou potravou ryb. Je chemicky stabilní, a proto se hromadí nejen u ryby fugu, ale byl nalezen také u čolků rodu Taricha, ropuch rodu Atelopus, mořských hvězdic, u ploutvenek Chaetognatha, chobotnic Hapalochlaena a některých krabů, jimž slouží jako obranný jed. Intenzivně se studují i podobné jedy u sladkovodních sinic, „vodního květu” rodů Aphanizomenon flos-aque, Cylindrospermopsis sp., Anabaena flosaque aj. které trápí plavce v našich vodních nádržích.
11. Fyziologické rozdíly mezi pohlavími ve slyšení jsou patrné v dospělosti, ale lze je vidět (slyšet) už u novorozenců. Které tvrzení není pravdivé: a) U skupin předčasně narozených děvčat – ale ne chlapců! uspíšila hudba přehrávaná u jejich lůžek nebo ukolébavky zpívané matkou jejich růst a tyto dívky (nikoliv chlapci!) mohly být propuštěny z porodnice o 5 až 12 dní dříve. b) Elektroencefalografické záznamy novorozenců ukázaly, že akustické vlny mozku vyvolané vyššími tóny, především v rozsahu lidské řeči (1–4 kHz) jsou téměř dvakrát větší u dívek než u chlapců. Zjistilo se, že u novorozených děvčátek je sluchový orgán ve středním uchu, tzv. hlemýžď (stočená elektrofonická „trubka“) kratší a pevnější, stejně tak jako jsou pevnější „frekvenční snímače“ v něm, tzv. vláskové buňky, a tudíž lépe a silněji reagují na zvukové vlny. Skutečnost, že dívky slyší podstatně lépe a mají nižší práh pro vnímání zvuků, se zachovává i v dospělosti. Jejich vláskové buňky ve středním uchu jsou mnohem citlivější. Proto bychom neměli příliš nezvyšovat hlas ani při kárání, ani při chválení dívek a manželek. K mládencům a mužům si to můžeme občas dovolit, ty uši tak nebolí. c) Muži mají jinou výhodu – mohou současně mluvit a poslouchat několik osob v důsledku lepšího propojení obou hemisfér a oblastí řečových a sluchových. Většinou jim nevadí vícenásobná a simultánní konverzace, kterou ženy sledují obtížně a nervózně. Ženy také špatně vnímají řeč, když je v místnosti jiný hluk, a proto je jejich mluva často zbytečně hlasitá.
12. V našem oku jsou dva hlavní typy světločivných buněk – tyčinky (120 milionů) a čípky (7 milionů). Každý ze tří druhů čípků je citlivý na určitou barvu – především modrou, žlutou a zelenou. Ostatní barvy vidíme jako směs této základní trojice. Které tvrzení není pravdivé? a) Nejlépe mezi savci vidí barvy kupodivu jinak poměrně krátkozrací psi a veverky, což využívají u psů policisté při kriminalistické přípravě. Veverky evolučně přežily, protože díky barevnému vidění lépe nalézají místa, kam v hnědém lese v době hojnosti zahrabaly trochu světlejší oříšky a žaludy.
b) Někteří lidé mohou mít výjimečně 4 typy čípků, podobně jako někteří ptáci, kteří mohou mít až 5 typů čípků. c) Kopytníci a tedy také býci jsou barvoslepí a nedráždí je červená barva, ale zřejmě rychlý pohyb mulety, látkového praporu. Myslivci by při honech na divoká prasata nebo vysokou měli mít na svých oblecích kontrastní oranžové nášivky, aby se zbytečně nepostříleli. Zvěř to nevyplaší.
13. Lidský žaludek má žlázy vylučující kyselinu solnou, HCl, která udržuje pH v žaludku velmi nízké, kolem 1,5. Proč? a) Aby se aktivovaly enzymy amylázy nutné k trávení cukrů, konkrétně polysacharidů typu housky (škrob) a částečně i vlákniny (celulóza). Vznikají rychle disacharidy, které se v tenkém střevě naváží na přenašeče a pronikají do krve jako tzv. sacharidové mikrovesikuly, měnící se v játrech na glukózu a jiné monosacharidy. b) Kyselé pH ničí mikroorganismy, včetně patogenních. Výjimkou je bakterie Helicobacter pylori, která dobře snáší kyselost (respektive ji kolem sebe neutralizuje) a která se podílí na vzniku těch z nejrozšířenějších infekčních onemocnění – gastritidy a žaludečního a dvanáctníkového vředu. Kyselé prostředí také chrání některé vitaminy (askorbát, vit. C) před oxidací. c) Kyselé prostředí aktivuje trávicí enzymy, především pepsinogen, a tím začíná proces trávení bílkovin. V žaludku působí hormon gastrin a také bloudivý nerv (vagus). Oba vlivy stimulují vyloučení jak HCl, tak pepsinogenu. Kyselé pH aktivuje pepsinogen, který se rozbalí na pepsin a ten štěpí peptidické vazby v pozřených bílkovinách. Tento typ trávení bílkovin nevyžaduje žvýkání, a proto šelmy a dravci často polykají svalovinu obětí v kusech.
14. Některé škodlivé vlivy (narkotika, alkohol, nikotin, virus HIV vedoucí k onemocnění AIDS) se přenášejí přes placentu z matky na plod. Které tvrzení je pravdivé: a) Jak nedávno ukázali britští a japonští vědci, ochrana plodu před nádorovým bujením je tak dokonalá, že žádné buňky nemohou pronikat ani z dítěte do matky, ani naopak. Na stráži stojí speciální, pevně propojené (pomocí tzv. tight junctions) výstelkové buňky chorionu a allantois plodu. Tato ochrana je nutná, protože je u člověka kontakt těla matky s plodem tzv. těsného typu (placenta haemochoriální), epitel děložní sliznice je v místě placenty redukovaný a chorionové klky plodu se doslova „koupou“ v matčině krvi. b) Britští a japonští vědci potvrdili přenos rakovinných buněk z matky na plod. Stalo se tak u osmadvacetileté Japonky a případ popřel dosavadní teorie o tom, že nádorové onemocnění se z matky na plod nepředává. Existují tedy nepříliš časté případy, kdy rakovinné buňky projdou placentou do plodu, a imunitní systém je nerozpozná a nezničí. Jedna matka trpěla leukémií už v průběhu těhotenství a u její dcery se nemoc rozvinula krátce po porodu. Matka i dcera měly tentýž charakteristicky zmutovaný rakovinný gen (BCR-ABL1), který ale není dědičný, a holčička jej proto musela získat od matky. c) Jak už dávno ukázali britští a japonští vědci, tento přenos nejen rakovinných, ale i zdravých somatických buněkje zcela běžný a je jedním z důvodů, proč jsou děti náchylné většinou ke stejným nemocem jako rodiče, především jako matka. Je to projev tzv. epigenetiky, tj. přebírání vlastností potomků jiným způsobem, než jsou geny. Plod lehce svým plastickým imunitním systémem rozpozná nemocné buňky od matky a rychle je zničí. Je-li ale jeho imunologická ochrana slabá, dochází k samovolnému potratu, a to je hlavní příčina, proč se některých žen opakují potraty a nemohou plod donosit.
15. Déjà vu (dyžavý) je prožitek, že jsme momentální situaci již v minulosti zažili nebo už jednou byli na určitém místě. V umění označuje déjà vu pohrdavé odsouzení nepůvodního, „opsaného“ díla. Déjà vu poprvé použil francouzský psycholog Émile Boirac roku 1876 v knize Budoucnost psychologických věd (L'Avenir des sciences psychiques, 1917). Prožitek déjà vu je obvykle doprovázen pocitem důvěrné známosti, ale také něčeho zvláštního, neobvyklého až tajemného. „Předchozí“ zkušenost je často přikládána předchozímu snu, ale mnohdy je přítomen pocit, že tato zkušenost byla určitě už prožita v minulosti. Které vysvětlení nemá vědecký podklad? a) Parapsychologické teorie uvádějí, že jde o důkaz naší existence v minulých životech (reinkarnace), jsou to vzpomínky z minulosti. Podle epigenetických principů se může naše osobní zkušenost možná trochu nejasně „zapsat“ do genetické paměti a přenést na potomky, kde se náhle vybaví například až v třetí nebo desáté generaci. Osoby prožívající déjà vu mohou předchozí zkušenost získat také telepaticky, nevědomě od cizí osoby, nebo tzv. astrální transportací, tj. duševním přeletem do místa, které následně poznáme nebo vnímáme jako již známé objekty či situace. b) Může jít o poruchu v časovém sladění mezi levou a pravou hemisférou předního mozku. Každá hemisféra vnímá a zaznamenává informace a události nezávisle na druhé. Neustálá komunikace mezi oběma stranami pak vyvolává iluzi jejich jednoty. Pokud ale dojde ke krátkému zpoždění přenosu z „nedominantní“ (u praváků pravé) do „dominantní“ (u praváků levé) hemisféry, obdrží dominantní strana mozku stejnou informaci dvakrát – jednou přímo a jednou s určitým zpožděním. Naše vědomí pak v momentě, kdy „dorazí“ druhý obraz, zjistí, že „tam už bylo“. Nedokáže totiž rozlišit, jestli ta „první“ informace přišla před půl sekundou nebo před rokem. Vzniká dojem, že danou scénu jsme již jednou prožili. c) Na tomto jevu již prožitého se podílejí z neuroanatomického hlediska tři mozkové struktury v obou polovinách mozku, amygdala (centrum emocí, strachu, úzkosti a bolesti), blízký hipokampus (centrum deklarativní výpovědní paměti) a temenní mozkový lalok, především když obsahuje epileptická centra. Lidé se sklonem k epilepsii uvádějí déjà vu častěji.
16. Leguán mořský (Amblyrhynchus cristatus) žije na Galapágách a před potopením do moře za potravou se vyhřívá na slunci. Které tvrzení o leguánovi není pravdivé? a) Na dně odlupuje škeble, živí se také korýši, především strašky a langustami. Potravu nevylupuje, ale drtí a polyká. Po vynoření leguán odstraňuje nestravitelnou drť skořápek zvláštním způsobem, po chvíli ji ze žaludku vystřikuje nosem spolu s proudem vody, což obdivoval už Ch. Darwin. Jeho žaludek má dva oddíly, jeden (zadní) je žlaznatý a tráví svalovinu ulovených zvířat, druhý je přední a svalnatý, „semele“ odpadky a vystříkne je nosem ven. Nosem proto, aby se nedostaly do plic. Systém vznikl proto, aby se nezatěžovala střeva postupem tráveniny plné chitinu, který vyžaduje pro odstranění hodně odsolené vody, jež v těle vzniká absolutní minimum. Jinak je leguán mořský živočich snášenlivý. Je povahy mírné, samci nebojují o samice, ale dělí se o ně s ostatními při hromadném podvodním páření. b) Jako jediný z ještěrů loví potravu v moři. Živí se mořskými řasami na dně a podvodních skaliscích a je adaptován na nízké teploty a přebytek soli. Dospělý jedinec se může ponořit až do hloubky 12 metrů a být pod hladinou oceánu déle než hodinu. Za normálních okolností však loví pomocí nehlubokých ponorů a lov netrvá déle než 10 minut. Pokud leguáni nehledají potravu, sluní se na kamenech a skalách. Během páření jsou samci agresivní a bojují mezi sebou o samice. c) Velmi důležitou adaptací pro mořský život jsou nosní žlázy vylučující sůl, kterou leguán přijme zároveň s potravou. Přebytečnou sůl leguán vyfrkává ve formě vodního poprašku, což obdivoval už Ch. Darwin. Nejdůležitější při plavání je jeho silný ocas, končetiny zůstávají přitažené k tělu a uplatní se pouze při změně směru. Když se potopí a ochladí, zpomalí se jeho srdeční činnost, takže krev si déle uchová zásoby kyslíku.
