Ultratovushli jihozlar yordamida chumolika turlarini yozish va aniqlash imkoniyati

Covid-19 pandemiyasiga qarshi kurash kontekstida, vaksinalar va dorilar muhim boʻlgan boʻlsa-da, yangi favqulodda holatlar ehtimoli ilmiy tadqiqotlarning davom etishini ragʻbatlantirmoqda. Unesp va USP olimlari ishtirok etayotgan tashabbus mikroorganizmlarni yoʻq qilish uchun tovush toʻlqinlarining salohiyatini oʻrganmoqda.

Topilmalar ilmiy jurnal Scientific Reportsda eʼlon qilindi. Vaksinalar va dori vositalari kimyoviy va biologik yoʻllar orqali harakat qilsa, yaqinda oʻtkazilgan tadqiqot jismoniy xususiyatlarga asoslangan terapiyalarga eʼtibor qaratmoqda, masalan, nafas olish viruslarining tuzilishini buzish va virus yuklamasini nazorat qilish uchun ultra-toʻlqinlardan foydalanish.

In vitro oʻtkazilgan tajribalarda braziliyalik olimlar ultra-toʻlqin toʻlqinlari Covid-19 (SARS-CoV-2) va Influensa A (H1N1) viruslarining ikkalasini ham beqarorlashtirish mumkinligini koʻrsatdilar. Bu jarayon virus qobigʻining buzilishi, zarrachalarning fragmentlanishi va bu viruslarning hujayralarni infeksiya qilish qobiliyatining kamayishiga olib keldi.

Bu texnikalarni inson davolashida qoʻllash qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki koʻpgina in vitro yoki atrof-muhit dezinfeksiyasi usullari yuqori intensivlikni talab qiladi, bu esa ularni tirik toʻqimalar uchun mos kelmaydigan qiladi. Masalan, ultra-violet nurlanish viruslarni tezda inaktivatsiya qiladi, lekin u shuningdek toʻqima shikastlanishi yuqori xavfini tugʻdiradi, shu kabi boshqa turdagi ionlashtirilmagan nurlanishlar.

Boshlangʻich sinovlarda olimlar ultra-toʻlqinlarga ekspozitsiya namunalarning harorati yoki pH qiymatlarida sezilarli oʻzgarishlar kuzatilmagan holda samarali ekanligini qayd etdilar. Bu virusni faqat jismoniy yoʻq qilish strategiyasiga yoʻl ochadi, bu kimyoviy moddalarga yoki yuqori dozadagi nurlanishga tayanmasdan, zarrachalarning shakli kabi mexanik xususiyatlaridan foydalanadi.

Koʻp fanli jamoa fizika, virologiya va materiallarni xarakterizatsiya qilish boʻyicha mutaxassislarni oʻz ichiga oladi. Aʼzolar orasida USPning São Carlosdagi Fizika instituti professori Odemir M. Bruno, Unespning Presidente Prudente kampusi boʻyicha Fan va Texnologiya fakulteti professori Carlos José Leopoldo Constantino va postdoktorant Gilia Cristine Marques Ruiz mavjud.

Tadqiqot Covid-19 pandemiyasi davrida boshlandi, chunki Bruno guruhining virusni aniqlash uchun sensorlar ishlab chiqardi. Aynan shu davrda virus zarrachalari maʼlum akustik toʻlqinlar bilan rezonansga kirishi mumkinligini koʻrsatuvchi nazariy model paydo boʻldi, bu esa tadqiqotni 2021-yildan boshlab ilgari surdi.

Asosiy tushuncha rezonansdir. Tovush toʻlqinining mos chastotada tebranishga qodir obyektga duch kelganda, uzatiladigan energiya toʻplanishi va tebranishni kuchaytirishi mumkin, bu esa obyektning qulab ketishiga olib kelishi mumkin. Bruno buni kristal stakanga violin bilan urish bilan solishtirib tushuntiradi, taʼkidlashicha, ultra-toʻlqin yondashuvi yumshoq va uygʻun strategiyadan foydalanadi.

Virusning sferik shakli juda muhim, chunki u tebranishning butun tuzilish boʻylab bir tekis tarqalishiga imkon beradi, rezonans effektini optimallashtiradi. Zarrachaning tabiiy tebranish chastotasiga yaqinlashganda, ultra-toʻlqin energiyani yanada samaraliroq uzatadi, virus qobigʻida takroriy deformatsiyalarni hosil qiladi. Agar tebranish yetarli darajada kuchli boʻlsa, mexanik kuchlanishlar tuzilish mustahkamligini ortiqcha bosib oʻtib, deformatsiyalar, buzilishlar va zarrachaning fragmentlanishiga olib keladi.

Bu morfologik oʻzgarish virusning inaktivatsiyasiga olib keladi, bu esa uning koʻpayish va infeksiya qilish qobiliyatini yoʻqotishiga sabab boʻladi. Jamoa diagnostika tasvirni olish uskunalari yordamida 3 dan 20 megahertz (MHz) oraligʻidagi yuqori chastotali ultra-toʻlqinlardan foydalandi. Muayyan sinovda, tuzilish oʻzgarishlarini tahlil qilish uchun 7,5 MHz besh daqiqa davomida qoʻllanildi.

Qizib ketish yoki kimyoviy oʻzgarishlarni istisno qilish uchun olimlar harorat va pH ni kuzatib borishdi va ular rezonans sharoitida barqaror qolganini aniqladilar. Bu maʼlumot muhimdir, chunki u oʻrganilayotgan mexanizmni pastroq chastotalardagi (kilohertz) ultra-toʻlqinlarning kavitatsiyasi hodisasidan ajratib turadi, bu esa faqat antiseptika uchun foydali, ammo terapiya uchun emas.

Bruno foydalanilgan ultra-toʻlqinni homiladorlik oldi tekshiruvlaridagi ultra-toʻlqin bilan solishtirib, uni zararli boʻlmagan deb taʼriflaydi. Biroq, u terapevtik qoʻllash hali ham tirik organizmlar ustida sinovlardan oldin hodisani yanada oʻrganish va tushunishni talab qilishini taʼkidlaydi.

Skanning elektron mikroskopiya va atom kuchlari mikroskopiyasi kabi texnikalar SARS-CoV-2 yuzasida oʻzgarishlarni oshkor qildi: sferik zarrachalar notoʻgʻri konturlarga, kichikroq diametrga va qobiq buzilishlariga ega boʻldi. Oʻrtacha diametrda ham kamayish kuzatildi; SARS-CoV-2 ning davolanmagan namunalari taxminan 107 nanometr boʻlsa, ultra-toʻlqindan soʻng kichikroq komponentlar paydo boʻldi.

H1N1 holatida taʼsir yanada keskinroq boʻldi, tahlil qilingan hajmdagi zarrachalarning belgisi aniqlanmadi. Bu nuqtada Presidente Prudentedagi Unesp hamkorligi nanometr zarrachalarni xarakterizatsiya qilishda muhim boʻldi, ular anʼanaviy optik mikroskopiya bilan kuzatish qiyin. Gilia jamoa suyuqlikdagi tarqalgan zarrachalarning oʻrtacha oʻlchamini ularning tarqalgan yorugʻlikning tebranishini tahlil qilish orqali oʻlchaydigan Dynamic Light Scattering (DLS) texnikasidan foydalanganini tushuntirdi. DLS SARS-CoV-2 ning fragmentlanishini va H1N1 ning yoʻqligini tasdiqlab, virus namunalari oʻlchamlarini ultra-toʻlqinga ekspozitsiyadan oldin va keyin oʻlchashga imkon berdi.

DLS ni haqiqiy virus namunalari uchun moslashtirish uskuna optimallashtirishni, algoritmlarni sozlashni va erituvchi hamda muzlash kabi omillarga eʼtibor berishni talab qildi.

Jismoniy yoʻq qilishdan tashqari, olimlar biologik taʼsirlarni baholashdi. Davolangan va davolanmagan SARS-CoV-2 namunalari Vero E6 hujayralarini infektsiya qilish uchun ishlatildi. 24 soatdan soʻng, virus koʻpayishini tahlil qilish ultra-toʻlqinga ekspozitsiyadan soʻng infeksiya kamayishini koʻrsatdi, eng kuchli taʼsir 7,5 MHz yaqinida kuzatildi.

Tadqiqot Gamma va Delta variantlarini ham oʻz ichiga oldi. Ultra-toʻlqin bu variantlarning infektivligini kamaytirgan boʻlsa-da, ular yuqori chidamlilikni namoyish etdi va samaradorlik foydalanilgan chastota va uskuna qarab farqlandi.

Bruno ideal rezonans chastotasi virusning jismoniy xususiyatlariga (oʻlcham, geometriya va mexanik xususiyatlar) bogʻliq boʻlishi mumkin, uning genetik ketma-ketligiga bevosita bogʻliq emasligini taʼkidlaydi. U boshida sferik viruslar muayyan chastota diapazonlariga javob berishi mumkin, bu molekulyar mutatsiyalarga kamroq bogʻliq yoʻlni ochadi deb taʼkidlaydi.

Biroq, Gamma va Delta variantlarida kuzatilgan farqlar shuni koʻrsatadiki, qattiqlik, qobiq qalinligi va viskoelastik xususiyatlar kabi jismoniy xususiyatlar tebranish modlarini va, natijada, rezonans samaradorligini oʻzgartirishi mumkin.

Yaqinda oʻtkazilgan fikrlash jarayonida muallif murmuratsiya hodisasi haqida bilib yetdi va bu unga kayfiyati yaxshilangan hisni berdi. Murmuratsiya – bu minglab kichik qushlarning, xususan, yevropa qargʻorlarining ulkan, sinxronlashgan uzoq guruhlarda, shakli oʻzgaruvchi bulutga oʻxshab toʻplanishi natijasida yuzaga keladigan tabiiy hodisadir. Bu hodisa qanotlar uchishi va qushlar orasidagi yumshoq parvoz paytida chiqariladigan tovushlar tufayli nomlangan.

Bu hayratlanarli uygʻunlik va mahorat namoyishlari odatda quyosh botganda sodir boʻladi, bu paytda qushlar tun dam olishga tayyoralanadi yoki burgutlar va yirtqich qushlar kabi yirtqichlardan qochishga harakat qiladi. Xuddi shunday xatti-harakat kichik baliqlar, masalan, sardin va skolya kabi katta toʻplamlarda ham kuzatiladi, ular delfinlardan himoyalanish uchun shunday ataladigan «toʻsiq sharlarini» (bait ball) hosil qilishadi.

Bunday dinamik manzarani yaratish uchun qushlar bitta yetakchining koʻrsatmalarini bajarmaydilar. Buning oʻrniga, har bir individ yaqin atrofdagi qoʻshnilariga – odatda oʻz atrofidagi olti yoki yetti qushga – eʼtibor beradi va ularning harakatlariga darhol javob beradi. Bu butun guruh boʻylab toʻlqin effektini keltirib chiqaradi. Toʻsiq sharlari ham shunga oʻxshash prinsip bilan ishlaydi, bu eng avval xavfni aniqlagan baliqning qolgan baliqlarga darhol reaksiya chaqirishiga imkon beradi.

Muallif shuningdek, «oʻrmonning gʻubor interneti» (wood wide web) tushunchasi bilan tanishdi. Bu miyeliyum deb ataladigan keng tarqalgan gʻubor ipining tarmogʻi bilan bogʻlangan daraxtlar tarmogʻini anglatuvchi norasmiy atamadir. Bu ipchalar alohida ildiz tizimlarini yagona organizmga bogʻlaydi. Ushbu tarmoq orqali daraxtlar suv, ozuqa moddalari va xavf haqidagi signallarni almashish qobiliyatiga ega. Eng eski va katta daraxtlar tugunlar vazifasini bajaradi va ular «Ona daraxtlari» (Mother Trees) deb nomlanadi. Olimlar tadqiqotlari shuni koʻrsatadiki, bu Ona daraxtlari kerakli joylarga qoʻshimcha ozuqa moddalarini yoʻnaltira oladi, shuningdek, ushbu tarmoq orqali individual xususiyatlarni tanib olishi mumkin.

Bu birgalik, jamoaviy va hamkorlik tasvirlari ilhomlantiradi. Insoniyat ijtimoiy, siyosiy va iqtisodiy tizimlarning muammolariga duch kelmoqda, ular doimiy nizolar, iqtisodiy ahvol yomonlashuvi, atrof-muhitning buzilishi va zoʻravonlik sikllarini takrorlamoqda. Goʻyo biz tarqatadigan emas, balki yutadigan jamiyatlarni loyihalashtirishga qodir emasmiz va raqobat oʻrniga hamkorlikni ragʻbatlantirishga qodir emasmiz.

Biz kambagʻal aholi qatlamlariga nisbatan noaniq darajada katta taʼsir koʻrsatadigan qoidalarni yaratamiz, shu bilan birga boy va taʼsirli shaxslar uchun ular shunchaki tavsiyalar boʻlib xizmat qiladi. Koʻpincha eng yaxshi yashash usuli deb hisoblangan keng targʻib qilingan demokratiya tizimi ham tobora koʻproq istaganlar tomonidan buzildi. Bugungi kunda demokratiyaning mohiyati faqat xalq iradasini aniqlash uchun saylov jangida deb juda oson va keng qabul qilinadi. Ushbu modelni jamiyatni boshqarish uchun yetarli emasligi haqidagi chaqiriq xiyonatga yaqinlashadi. Saylov qutisidan tashqariga chiqadigan va hisobdorlik, adolat va tenglikni taʼminlashni koʻrib chiqmaydigan hukumat shaklini talab qilish qabul qilinmaydi.

Qushlarning murmuratsiyasi va daraxtlarning gʻubor interneti afrikaliklarning eklektik guruhiga anʼanaviy suhbatlardan chiqib ketishga va biz biladigan va odatga kirgan narsalardan cheklanmagan mavjudot usullarini konsepsiyalashda xayoliga erkin rivojlanishga imkon berdi. Agar insoniyat qushlar, baliqlar va matriarxal daraxtlardan oʻrganishga qodir boʻlsa, nima mumkinligini tasavvur qiling. Agar bizning tengsiz va xavfsiz jamiyat haqidagi orzularimiz hamjamiyat uchun qanday boʻlishi mumkinligini belgilashda tanlovimizga maʼlumot bergan holda, demokratiyamizni shakllantirish uchun ishlatilishi mumkin boʻlsa, tasavvur qiling.

Dialog yuritishga yondashuvni oʻzgartirish vaqti keldi. Faqat bilimli, boy odamlarni tinglashni bas qilish kerak, ular terminlar va tushunchalarni empatiya va samimiyatsizlik bilan ishlatishi mumkin. Suhbatlarimizni xayolni hisobga oladigan tarzda shakllantirish vaqti keldi, bu biz kim boʻlishimizni aniqlashda ijodkorligimizni ragʻbatlantirishga yordam beradi.

Bu orzu boʻlmagan orzular emas. Ushbu hafta Joburgda biz bunday xayol uchun makon yaratdik va kontinentimizning boshqa hududlarida shunga oʻxshash maydonlarni yaratishni rejalashtirmoqdamiz. Men hammamizni hamkorlarimiz, farzandlarimiz va doʻstlarimiz bilan muloqot qilishga chaqiraman, shunda ular orzular va xayolga eʼtibor qaratishsin. Kim biladi, balki biz haqiqatdan ham tinchlik, xavfsizlik va hamkorlikni topishimiz mumkin.