Köskapande överreaktioner

En sak jag alltid har undrat över är hur det kan komma sig att bilköer uppstår utan synbar anledning, och sedan försvinner igen, likaledes utan uppenbar orsak. Inga avfarter, ingen olycksplats som passerats, men plötsligt är köerna bara borta.

Det tycks som om jag inte är ensam om att ha undrat över detta, eftersom ett par matematiker nu studerat hur de här fenomenen kan uppstå. Resultaten har publicerats i Proceedings of the Royal Society.

Vad den matematiska modellen visar är att om en bilförare sänker hastigheten under ett kritiskt värde, så kommer detta att fortplanta sig mil bort från den ursprungliga inbromsningen, vilket leder till uppkomsten av köer utan synbar anledning. Slutsatsen man kan dra av detta är att mer uppmärksamma fordonsförare reagerar snabbare, och och därmed bromsar mindre hårt, med mindre effekt på bakomvarande trafik. En ouppmärksam bilförare, som måste bromsa hårdare för att undvika olyckstillbud, eller helt enkelt överreagerar, kan skapa köer många kilometer bakom sin egen inbromsning.

Något för alla bilister att tänka på när jultrafiken tar fart alltså - håll uppmärksamheten och bromsa lagom hårt, så kommer hela trafiklödet att fungera bättre.

Källor:
PhysOrg.com
University of Exeter

Karriär för kvalitet

"Karriär för kvalitet" är titeln på den s.k. befattningsutredningen som presenterades i fredags. Det är ett ganska omfattande dokument, varför jag ännu bara hunnit läsa delar av det. Därför ska jag inte recensera dokumentet ifråga ännu, bara konstatera att sammanfattningen talar bland annat om följande förändringar i karriärstrukturen.

#En tidsbegränsad anställning som postdoktor ska införas. På samma sätt som gäller för doktorandtjänster ska man kunna ta ut föräldraledighet och då få tjänsten förlängd.
#Forskarassistenttjänsten förvinner, och ersätts med en tjänst som biträdande lektor, och när denna tjänstetid är över ska man ha rätt att prövas för befordran till biträdande professor.
#En ny befattning, biträdande professor, införs. Detta ska ungefär motsvara dagens docentnivå.
#Postdoktor- och biträdande lektorstjänsterna ska utlysas och tillsättas i öppen konkurrens.
#Utredningen förslår att karriärgången även fortsättningsvis ska regleras i högskoleförordningen men att lärosätena ska få större inflytande över anställningsgången.

Reflektioner och synpunkter kommer när jag hunnit gå djupare in i materialet.

14:e december...

...är det deadline för befattningsutredningen. Då ska utredaren Ann Numhauser-Henning vara klar med sitt uppdrag som gick ut på granska och utreda det nuvarande anställningssystemet, meriterings-och karriärsystemet, befordringsreformen (kanske mer känt som Thamprofessurer) och en hel del annat. Dessutom skulle utredningen göra en internationell utblick.

Utredningens övergripande mål:

"Att landets lärosäten kan säkerställa en långsiktig verksamhetskvalitet genom ett aktivt arbetsgivaransvar med trygga och tydliga villkor för medarbetarna samt ett väl fungerande system för rekrytering, karriär och befordran."

Till detta ska sedan läggas de övriga målen;
•Universitet och högskolor som attraktiva arbetsplatser för såväl svenska som utländska forskare och lärare
•Stimulans av såväl internationell som nationell rörlighet bland lärare och forskare
•Förbättrad rörlighet mellan akademin och det omgivande samhället
•Ökad jämställdhet mellan kvinnor och män

I klartext betyder det att förstås att man konstaterat att det behövs en bättre sammanhållen meriterings- och karriärväg, och ett mer rättssäkert anställningsförfarande. Helt enkelt att det ska vara lite enklare för en ung, ännu inte etablerad forskare, att överblicka sina karriärmöjligheter, att man vartannat år eller så ska slippa sitta i situationen att man inte vet hur länge till man kan forska. Många yngre forskare (som tidigare konstaterats här på bloggen och i våra kommentarer så räknas man som ung ganska länge i forskarsammanghang), och särskilt kvinnor, väljer juatt lämna den akademiska forskningsbanan efter doktorsexamen, eftersom man anser den vara alltför osäker.

Utredningen har presenterat ett antal delrapporter, om Tenure track-systemet i USA, om den så kallade post-doktorala perioden, om anställningsformen biträdande lektor (det är en anställningsform som aldrig riktigt slagit igenom trots att anställningsformen funnits sedan 2001) och om karriärstrukturer.

Det lär komma nya inlägg, både här och på många av våra grannbloggar när utredningen väl är presenterad, för trots det fantastiskt träiga namnet så är utredningens innehåll av största betydelse för alla oss som tillhör den minst sagt diversa kategorin unga forskare.

Alla olika, alla lika

På University of Utah hävdar en forskargrupp att de hittat genetiska bevis för att den mänskliga evolutionen faktiskt har accelererat under en tid. Resultaten indikerar att folkgrupper på olika kontinenter blir mer och mer olika, ju längre tiden går. De senaste 40 000 åren skulle den mänskliga evolutionen ha gått snabbare och snabbare, och särskilt sen den senaste istiden, för ungefär 10 000 år sedan.

Studien som onlinepublicerats i den mycket ansedda tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences har letts av antropologiprofessor Henry Harpending, som kommenterar rönen med ett svenskt exempel. Han menar att vi inte är samma sorts folk som för 2000 år sedan, och exemplifierar detta med skillnaden mellan de krigiska vikingarna och nutidens fredliga svenskar, och att detta inte förklaras av kulturella skillnader utan istället är resultatet av genetiska förändringar, som lett till ett annat temperament.

Förklaringarna till att vi blir mer olika är, enligt studiens författare att det inte sker mycket utbyte av gener mellan kontinenterna, och att eftersom befolkningen växer så snabbt i världen så uppstår fler mutationer och därmed också en snabbare evolution.

Studien utfördes genom analys av DNA från 270 individer, från fyra olika folkgrupper; kineser, japaner, afrikaner nordeuropeer (som tydligen till stor del utgörs av mormoner från Utah) och att leta efter bevis för naturlig selektion genom kromosomstudier. Genom att modellera hur stor den genetiska variationen borde ha varit om evolutionen gått med konstant hastighet kunde man också konstatera att diversiteten i det experimentella materialet är mycket större än den borde ha varit vid konstant hastighet.
Jag är inte biolog och inte statistiker heller, och kan följaktligen inte bedöma om det statistiska urvalet är tillräckligt stort för att verkligen dra de slutsatser som man gör i studien. Det jag däremot kan konstatera är ju att om evolutionen går långsammare i mindre populationer så torde de minskande födelsetalen i västvärlden bidra till en ännu långsammare evolution i Europa.

Jag kan också gissa att det kommer att dyka upp invändningar mot studien, där man betonar kulturens betydelse väsentligt mer än i Harpendings studie. I sammanhanget är det också värt att påpeka att även om den aktuella studien indikerar ökade skillnader mellan olika folkgrupper så är fortfarande 99% av vårt DNA detsamma, och vi är alla fortfarande mycket lika många andra djurarter också. Resultaten kan alltså inte tas till intäkt för att motivera någon slags särbehandling eller diskriminering. Vi är alla olika, men vi är till minst 99% lika också.

Uppdatering: länk till artikeln i pdf-format.

Med vem? Skum statistik.

Durex genomför då och då en världsvid undersökning av folks sexvanor (via Dark Roasted Blend). Många intressanta siffror finns att läsa, men något jag fastnade för, och som man ser nästan jämt, är statistiken över antal sexualpartners. Genomsnittet är 9 st partners, med 10,2 för män och 6,9 för kvinnor. Det är här det mystiska är. Med vem har män sex? Om man antar att de som listar andra arter och utomjordingar som sexualpartners är få, så kan svaret möjligen ligga i den förklaring jag sett från tex RFSL, att homosexuella män skulle ha många partners som lyfter statistiken. Nå, låt oss titta på den förklaringen.
10,2-6,9=3,3 Alltså, män har i genomsnitt 3,3 partners fler än kvinnor. De flesta undersökningar visar att att mellan 1% och 10% (säg 5%) av alla män haft flera partners av samma kön. För att väga upp mellanskillnaden skulle de då behöva ha i genomsnitt ~73 st partners. Förutsatt förstås att kvinnor inte har några samkönade partners. Det är rätt många...

Ett annat alternativ är att det är medianvärdet, och inte medelvärdet som avses. Det skulle betyda att hälften av alla personer har fler än 9 partners, medan den andra hälften har färre. Det skulle i så fall betyda att "medelmannen" har fler partners än "medelkvinnan". En stor grupp kvinnor skulle ha mycket få partners medan ett mindre antal (väldigt) många partners vilket höjer medelvärdet, men inte medianvärdet. D.v.s. den kvinnliga distributionen skulle ha en topp vid små värden med en lång svans mot höga värden, medan den manliga distributionen är mer koncentrerad. Mot den tolkningen talar bl.a. att de angivna värdena är decimaltal. Eftersom de flesta har ett heltal antal partners (hur det annars skulle gå till vill jag nog inte veta) borde medianvärdet också vara ett heltal, eller möjligen två heltal.

Min gissning, utan att ha sett de bakomliggande siffrorna eller någon beskrivning av metodiken, är att den enklaste förklaringen är att män tenderar till att överdriva antalet partners. En liknande skillnad, fast mindre, finns också i antalet gånger man har sex per år (104 mot 101)

Det man bör komma ihåg i alla fall är att inte blint lita på statistik som presenteras, utan att fundera över vad man faktiskt säger.

Andra bloggar om: statistik, sex.

Viktiga resultat i stamcellsforskning

Under november i år har tre mycket betydelsefulla resultat inom stamcellsforskning offentliggjorts. Den 20 november förhandspublicerades resultat från två forskargrupper som lyckats få fram mänskliga stamceller direkt från specialiserade celler, dvs utan att behöva använda mänskliga embryon eller ägg.

Den japanska gruppen publicerade sina resultat i Cell och den amerikanska gruppen publicerade sina resultat i Science. Båda grupperna har fört in fyra gener (varav två gemensamma) i celler med hjälp av retrovirus. Dessa gener tillhör en grupp av gener som är aktiva i stamceller men stängs av när cellerna har specialiserat sig. Genom att föra in dem i specialiserade celler har de lyckats omprogrammera mänskliga hudceller till iPS-celler (iPS-celler är en förkortning för induced pleuripotent stem cells på engelska, vilket skulle kunna översättas med inducerat pleuripotenta stamceller). Den japanska gruppen använde celler från två vuxna människor medan den amerikanska gruppen använde celler från ett nyfött barn och från ett foster. Den japanska gruppen använde samma fyra gener som de tidigare använt för att göra den här typen av stamceller från möss.

Denna typ av av stamceller har liknande egenskaper som embryonala stamceller, och förhoppningsvis kan de användas till det som är det stora målet - att bota sjukdomar. De skiljer sig dock en del från embryonala stamceller när man undersökt genuttryck så mer forskning behövs innan kan säkert vet om de kan ersätta embryonala stamceller. Båda gruppernas tekniker leder dessutom till att retroviruset finns kvar i cellerna, detta skulle eventuellt kunna leda till att tumörer bildades om man förde in cellerna i en människa. Därför behöver metoderna modifieras innan de kan användas i medicinska tillämplingar, men detta är ändå ett mycket stort genombrott för stamcellsforskningen.

Även om de nu lyckats få fram stamceller så är det bara en mycket liten andel av försöken som lyckas. Den japanska gruppen lyckades få fram stamceller från ungefär 10 av 50000 behandlade celler, dvs 1/5000. Den amerikanska gruppen hade en något sämre framgång med 1/10000. I artikeln från den japanska gruppen diskuterar de att orsaken till den låga andelen framgångsrika försök skulle kunna vara att bara en viss typ av hudceller kan förändras till stamceller (i ett cellprov från huden finns det flera olika typer av celler) eller att generna som förs in med retroviruset måste sättas in på specifika ställen på cellens kromosomer för att kunna fungera.

Den japanska gruppen har senare hunnit publicera en till artikel i nature biotechnology där de visar att man kan inducera iPS-celler med bara tre gener. Det leder naturligtvis till frågan hur få gener som egentligen behövs. Fungerar det med bara två eller kanske rent av med en gen?

Referenser
Yu, J. et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science advance online publication 20 November 2007. doi: 10.1126/science.1151526

K. Takahashi, et al. Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors. Cell, Volume 131, Issue 5, Pages 861-872

Nakagawa, M. et al. Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nat. Biotechnol. Advance online publication 30 November 2007. doi: 10.1038/nbt1374

Ledande diamanter

I en diamant är alla kolatomer bundna till tre fyra andra med starka σ-bindningar. Det gör att det inte finns några fria elektroner som kan leda elektricitet. Därför är diamanter är en av de allra bästa isolatorerna, med en energigap på 5,5 eV mellan valens- och ledningsband. Trots det kan diamanter under vissa förhållanden vara ledande.

Om diamant dopas med bor kommer boratomerna att suga åt sig elektroner och lämna kvar positivt laddade vakanser, hål, som kan leda ström. Bor-dopade diamantelektroder är högsta mode inom elektrokemi. I luft har dimanter ofta en ganska hög ytledningsförmåga. Det upptäcktes för första gången 1989 ¹. Man har haft lite svårt att förklara varför. En teori som lanserades² var att det var en reaktion mellan de väteatomer som ofta binds till diamantytan och det tunna vattenlager som bildas på nästan alla ytor som utsätts för luft. Förklaringen vann aldrig riktigt genomslag då väte-avslutad (övers. av hydrogen-terminated) diamant är väldigt hydrofob, och inget vattenlager borde bildas. Nu har en grupp amerikanska forskare genomfört en serie experiment som otvetydigt visar att det är vattenlagret på väte-avslutade diamantytor som är ansvarigt³.

En väte-avslutad diamantyta har en elektronaffinitet (EA) på -0,3 eV, dvs det kostar 0,3 eV att ge ytan en elektron. Det gör att diamantens valensband ligger 5,2 eV under vakuumnivån. Det betyder att det skulle kosta 5,2 eV att ta ut en elektron från diamanten till vakuum (eller luften, nästan samma sak i det här fallet). Det som ligger bakom ledningsförmågan är reaktionen

O₂ + 4H⁺ + 4e^- ⇄2H₂O

som sker i vatten vid syrliga förhållanden. Vid pH 6, som är det som vatten i jämvikt med luft har p.g.a. att CO₂ i luften bildar kolsyra som sänker pH, har elektronerna en potential på -5,3 eV relativt vakuumnivån. Det lönar sig alltså energimässigt för en elektron från diamanten att reagera med väte och syre för att skapa vatten. Elektronflykten gör att det bildas hål i diamantens ytskikt som leder elektricitet. Man påvisade det väldigt listigt genom att inse att om man tillsätter diamantpulver, som har en väldigt stor yta, till en liten mängd sur vattenlösning så borde reaktionen göra att H⁺ ombildas till vatten vilket ger en höjning av pH-värdet. Resultatet syns nedan. Även flera andra mätningar gjordes som bekräftade hypotesen.Effekten är känslig för vilka ämnen som sitter på diamantytan, det fungerar med väte, men inte med t.ex. syre eller fluor, och vilka ämnen som finns i luften och i vilka mängder. En av de viktigaste insikterna från experimenten är hur omgivningen påverkar hur materialytor uppför sig. På så vis knyter det även väl an till årets Nobelpris i kemi. Elektrokemisk laddningsöverföring kan vara viktig i många sammanhang där man tidigare haft svårt att förklara effekten från föroreningar och liknande, t.ex. nämns glidfriktion som ett område där experiment kan behöva omvärderas. Ännu mer spekulativt, skriver författarna, är möjligheten att vissa insekter kanske kan påverka den elektrokemiska potentialen i sina fötter för att kunna gå på fasta ytor.

¹ M. I. Landstrass, K. V. Ravi, Appl. Phys. Lett. 55, 975(1989).
² F. Maier et al., Phys. Rev. Lett. 85, 3472 (2000).
³ V. Chakrapani et al., Science 318, 1424 (2007).

Andra bloggar om: Vetenskap, kemi.

Vetenskap i tyckares händer

Det är ganska många vetenskapliga kontroverser på tapeten just nu; klimatet, kärnenergi, biobränslen, stamcellsforsking osv. Men kontrovers menar jag inte att det nödvändigtvis finns en kontrovers inom vetenskapssamhället, utan att det finns en kontrovers i samhället om vetenskapen.

I det sista exemplet, stamcellsforskning, har president Bush varit en stark motståndare till forskning på embryonala stamceller. Han har två gånger lagt in sitt veto mot lagar om att den skall tillåtas få statlig finansiering. Så, i förra veckan förhandspublicerades två studier i Cell och i Science där ett japanskt och en amerikanskt forskarlag lyckats få hudceller att uppföra sig som stamceller. Konservativa kommentatorer, i synnerhet Washington Posts, Charles Krauthammer var snabbt ute och förklarade det som ett rättfärdigande av presidentens moraliska styrka.

Even a scientist who cares not a whit about the morality of embryo destruction will adopt this technique because it is so simple and powerful. The embryonic stem cell debate is over. [...] The verdict is clear: Rarely has a president -- so vilified for a moral stance -- been so thoroughly vindicated.

Det är ett uttalande som visar mer än något annat hur lite Krauthammer förstår av hur vetenskap fungerar. I går kom ett svar från bl.a. James A. Thomson, författare till Science-artikeln. De håller inte alls med Krauthammer, och är inte glada över att ha blivit ett slagträ för en politik de inte stödjer.

Far from vindicating the current U.S. policy of withholding federal funds from many of those working to develop potentially lifesaving embryonic stem cells, recent papers in the journals Science and Cell described a breakthrough achieved despite political restrictions.

Vidare förklarar de för Krauthammer att

[...]the recent tandem advances in the United States and by Shinya Yamanaka's team in Japan are far from being a Holy Grail, as Charles Krauthammer inaccurately described them. Though potential landmarks, these studies are only a first step on the long road toward eventual therapies. [...] Reprogrammed skin cells [...] did seem to behave like embryonic stem cells in mice. But mouse studies frequently fail to pan out in humans, so we don't yet know whether this approach is viable for treating human diseases.

Ibland kan det vara värt att fundera över vad de som hänvisar till vetenskapliga resultat har för syfte med sin hänvisning, och vad det är de inte redovisar. Likaså visar det på skillnaden mellan en forskares och en "politikers" syn på vetenskap. Det är mycket farligt att dra alltför generella slutsatser från en eller ett par studier. Därtill måste man komma ihåg att vetenskapliga resultat aldrig kommer ur det blå. All den forskning som ligger bakom, som kanske aldrig ledde någonstans, är en nödvändig grund för de få resultat som faktiskt är revolutionerande.

Därmed inte sagt att politik inte skall blandas med vetenskap. Det är inte upp till forskare att dra politiska slutsatser av deras resultat. Men man skall samtidigt inte bara plocka de studier som överensstämmer med ens åsikter.

Andra bloggar om: forskningsetik, politik, vetenskap, stamceller. Intressant?

Spintronik i focus

Spinntronik (eller spinnelektronik) är ett område i angränsning till elektroniken som jag nämnde i förbifarten angående årets Nobelpris i fysik. Spintronik är elektronik där man även utnyttjar att elektronen har två spinn. Den grundläggande idén är att att i vissa material, framförallt de ferromagnetiska, så har elektroner av olika spinn olika elektrisk resistans. Det utnyttjades av Fert och Grünberg för gigantisk magnetoresistans och var alltså det som gav dem Nobelpriset.

Men spinntronik är inte begränsat till hårddiskar och deras läshuvuden, utan visionen är att även tillverka spinntransistioner (spin-FET), och andra typiska halvledarkomponenter. Den visionen är inte ny. I en mycket läsvärd review-artikel i Science 2001 sammanfattar Wolf et al¹. möjligheterna och problemen som spintroniken stod inför då. Vi står inför ungefär samma utmaningar nu. Man kan även titta på den lättare SciAm-artikeln av Awschalom et al². eller den mycket tekniska 88-sidiga review-artikeln av Žutić et al³.

Förhoppningen är att en spin-FET skall kunna fungerar snabbare och med lägre energikonsumtion än en traditionell transistor. I en vanlig FET öppnar och stänger man ledningen genom att putta bort laddningar med ett elektriskt fält. I en spin-FET skulle man istället kunna göra det genom att kontrollera elektronens spinn, viket kräver mindre energi och kan göra snabbare.

De stora utmaningarna för spinntroniken är att tillverka material med tillräckligt stor spinpolarisation, dvs skillnad mellan anal upp- och nerelektroner, som samtidigt kan fungera tillsammans med halvledarkomponenter och vid rumstemperatur. Ett annat problem är att elektronen kan byta spinn vid kollisioner med orenheter eller andra defekter, eller genom termisk excitation. Om för många av de spinpolariserade elektronerna byter spinn så tappar man den spinntroniska effekten. En kritisk punkt är i gränsskiktet mellan olika material där en stor del av polariseringen ofta går förlorad.

I det senast numret av Nature Materials presenterar tyska och amerikanska forskare⁴ lovande resultat med den ferromagnetiska halvledaren EuO. Man har bland annat kunnat integrera materialet med kisel och GaN samtidigt som EuO har en spinpolarisation på 90% hos de rörliga elektronerna. Samtidigt återstår många problem, som att curietemperaturen är 69 K, men det är ett lovande steg mot en fungerande spinntronik.

I samma nummer av Nature Materials ger även Nobelpristagaren Fert sin syn på framtidens magnetiska minnen⁵.

Referenser: (de flesta bakom betalväggar, men den som vill ha en kopia kan skicka ett mail.)
¹ S. A. Wolf, D. D. Awschalom, R. A. Buhrman et al., "Spintronics: A Spin-Based Electronics Vision for the Future," Science 294 (5546), 1488-1495 (2001).
² D. D. Awschalom, M. E. Flatté, and N. Samarth, "Spintronics.," Sci. Am. (June) (2002). (På nätet)
³ I. Žutić, J. Fabian, and S. Das Sarma, "Spintronics: Fundamentals and applications," Rev. Mod. Phys. 76, 323-410 (2004) (även på ArXiv).
⁴ 1 A. Schmehl, V. Vaithyanathan, A. Herrnberger et al., "Epitaxial integration of the highly spin-polarized ferromagnetic semiconductor EuO with silicon and GaN," Nat. Mat. 6 , 882-887 (2007); J. F. Gregg, "A growing science," Nat. Mat. 6, 798-799 (2007).
⁵ C. Chappert, A. Fert, and F. Nguyen van Dau, "The emergence of spin electronics in data storage," Nat. Mat. 6, 813-826 (2007).

Andra bloggar om: vetenskap, forskning, nanoteknologi, spinntronik.