Projekter vi har finansieret

En af de mest omtalte meteoritnedslag fandt sted for 66 millioner år siden og førte til at 75% af alle dyre- og plantearter uddøde, deriblandt dinosaurerne. I alt er der fundet 180 større meteorkratere på jorden. Der har formentlig været mange flere store meteornedslag gennem jordens 4.6 milliarder år lange historie, men de er senere blevet udvisket fra jordens overflade af vind og vejr. I 2016 blev et nyt krater fundet under den Grønlandske indlandsis af et dansk-ledet forskerhold. Krateret er 31 km i diameter og 600 m dyb. Det blev skabt af en kæmpe jernmeteorit på 1-1.5 km i diameter, der ramte jorden med en hastighed på 20 km i sekundet. Alderen på krateret er ukendt, men det menes at være ungt og dannet indenfor de sidste 2.6 millioner år og det er dermed det yngste større krater på jorden. Men krateret er måske endnu yngre. En rækker forskere har spekuleret på om meteoritten ramte jorden for 12.900 år siden og førte til en brat afkøling, kaldet Yngre Dryas kuldeperioden, ved at udlede støv i atmosfæren og smeltevand til Nordatlanten. Meteornedslaget skulle endvidere have ført til at en række større pattedyr samt tidlige mennesker gik stærk tilbage eller uddøde i Nordamerika. I dette projekt vil vi teste om krateret er ungt ved at datere meteorkrateret vha. forskelige dateringsmetoder heriblandt Argon-Argon datering på impakt-smelter. Hvis krateret er ungt vil det give afgørende viden om hvordan et meteornedslag af denne størrelse påvirker livet på jorden.

Proteaser er stor gruppe af enzymer som aktiverer, inaktiverer, eller nedbryder andre proteiner ved at spalte peptidbindinger. Denne aktivitet er potentiel skadelig og derfor kontrollers proteasernes aktivitet nøje, ofte af proteasehæmmere. Alphamakroglobuliner (aM'er) er en af de mest succesrige proteasehæmmer familier og findes i organismer fra bakterier til mennesker. Årsagen til den allestedsnærværende fordeling er sandsynligvis at aM'erne kan hæmme (næsten) alle proteaser uanset katalytisk mekanisme eller specificitet. Dette er unikt i naturen, da andre proteasehæmmer familier anvender en "lås og nøgle" aktiv siterettet tilgang og således kun kan hæmmer medlemmer af en af de fire vigtigste mekaniske klasser af proteaser. Denne forbløffende evne til at inhibere alle proteaser skyldes at aM'erne benytter sig af en unik mekanisme, der involverer en fysiks indfangning af proteasen som fastholdes inde i aM-molekylet så adgang til andre proteiner forhindres. Projektets mål er at forstå hvordan aM molekylet fungerer mekanisk og hvordan kræfterne der udløser protease fælden mobilises.

Menneskers evne til at forme og skabe nye materialer har spillet en afgørende rolle for vores udvikling lige siden stenalderen. Indtil videre har vores primære rute gået gennem kemien: For at opnå nye funktionaliteter, må vi skabe nye materialer ved at sætte atomer sammen på nye måder. Udviklingen inden for vores forståelse af stofs kvantemekaniske natur giver os nye muligheder for hurtigt og reversibelt at kunne kontrollere materialers egenskaber "on demand," ved hjælp af manipulation med laser eller andre midler. Til forskel fra middelalderens alkymister, som ved hjælp af magi prøvede at omdanne et materiale (fx bly) til et andet (guld), kan vi med vores nuværende forståelse for fysik få et materiale til at opføre sig som et andet. Tidligere studier har vist at elektromagnetiske bølger kan bruges til at ændre materialers egenskaber. For ganske nylig har vi opdaget at materialets egne elektroner også kan gøre dette, hvis de påvirkes til at bevæge sig på en koordineret måde. På denne måde kan der opstå en feedback-effekt mellem elektronernes bevægelse og den underliggende materiale-struktur som påvirker deres bevægelse, hvilket kan føre til nye interessante fænomener, som fx spontan magnetisme. I dette projekt vil vi undersøge dette nye vidtrækkende paradigme af "dynamical quantum materials," ved at lede efter nye fundamentale fænomener som måske en dag kan muliggøre ny teknologi, inden for fx ultra-præcise sensorer og informationsbehandling.

Der er en rivende udvikling inden for brugen af lav-energi stråling i TeraHertz (THz) “gabet” imellem mikrobølger og varmestråling. Med THz-stråling kan man se igennem tøj og afdække lag I gamle malerier. Men man kan også lave korte THz-laser pulser, som kan afdække hvordan elektroner opfører sig I materialer og systemer – selv på nano-meter skala. Elektroners spredning er afgørende for materialers elektriske egenskaber – f.eks. hvor hurtig en transistor man kan lave eller hvor meget energi den bruger. Spredningen afhænger af hvor perfekte materialerne er, d.v.s. om atomerne sidder hvor de skal. Når man udvikler nye materialer og komponenter, senest I form af atom-tynde lag, er det særligt vigtigt at kende til defekterne. Korte pulser af THz strålings genererer vekselstrømme som kan detekteres og indeholder information om elektron spredningen i materialet. På det punkt halter teorien efter udviklingen af de mange nye THz teknikker: Der mangler en teori, der kan forbinde målingerne med den underliggende spredning af elektronerne, og kan forudsige hvordan forskellige defekt-typer på atom-skala giver udslag i THz målingerne. Hvis vi skal blive klogere på eksperimenterne kræver det en kvantemekanisk teori, som helst ikke skal afhænge af for mange parametre. Det er meningen med dette projekt at udvikle den teori. Overordnet set kan en dybere forståelse og udvikling af komponenter, som opererer på THz skala - “lys-bølge-elektronik” - åbne for utallige anvendelser.

At kunne gemme vores data i skyen, få adgang til borgerservice via internettet, og opvarme vores bil fra stuen er helt sikkert praktisk. Men er det pålideligt? Hvad hvis nogen andre kan gøre disse tjenester utilgængelige? Hvad hvis de kan få adgang til vores data uden tilladelse? Beskyttelse af digitale tjenester er et af århundredets problemer, og ideelt set bør vi løse dette problem uden at komme i vejen for innovation. Desværre er førende programmeringsteknologier til pålideligt software ikke veludstyrede til at udvikle genanvendelige produkter til servicebeskyttelse. Formålet med dette projekt er at lægge det nødvendige videnskabelige grundlag for at gøre dem til det. Dette vil muliggøre et nyt marked for produkter, som softwareproducenterne vil kunne anvende i stor skala til beskyttelse af digitale tjenester ved hjælp af forskellige teknikker, hvilket i sidste ende gør vores digitale liv mere effektivt, pålideligt og sikkert. Vi vil nå vores mål gennem en unik kombination af teori og praksis. Vi vil starte med at definere en matematisk ramme for definitionen af servicebeskyttelsesteknikker, og bruge den som model til at opbygge en ny prototype af programmeringsteknologi til genanvendelig software, der beskytter digitale tjenester. Vores resultater vil blive evalueret i internationale samarbejder med verdensledende videnskabsfolk, og prototypen vil blive præsenteret for dansk industri via Danish Hub for Cyber Security og relevante selskabsforeninger.

Dyrearters levetid er ekstremt forskellige, idet de varierer fra få uger til flere århundreder. Grønlandshajen kan opnå en utrolig lang levetid, mindst 270 år og muligvis op til 500 år, hvilket gør den til det længst levende hvirveldyr, som er undersøgt til dato. I den modsatte ende af tidsskalaen har den afrikanske killifish en levetid på kun 4-6 måneder. Formålet med projektet er at opnå en bedre forståelse for de genetiske mekanismer, der er basis for ekstrem lang levetid. Vi vil sekvensere grønlandshajens genom og derefter bioinformatisk sammenligne det med genomerne af andre dyrearter med enten lang eller kort levetid. Denne komparative analyse af ligheder og forskelle i gensekvenserne vil identificere en række kandidatgener i grønlandshajen, som er associerede med lang levetid. Genom-analysen kan imidlertid ikke direkte definere kandidatgenernes biologiske funktioner, og de observerede associationer skal derfor bekræftes ved en eksperimentel test af kandidatgenerne. Til dette vil vi bruge killifish, som på grund af deres korte livscyklus er en ideel model til studier af lang levetid. Ved brug af de nyeste genteknologiske metoder vil vi målrettet manipulere de tilsvarende ortologe kandidatgener i killifish og dernæst måle i hvilket omfang dette forlænger fiskenes levetid. Langt-levende arter er bemærkelsesværdigt resistente mod kræft. Ny viden om den underliggende genetik kan derfor også være af betydning for at forstå alderdoms-relaterede sygdomme hos mennesker.

Luftåndende fisk har fascineret zoologer i mere end 150 år som følge af deres evolutionære position mellem en akvatisk og terrestrisk levevis. Denne overgang er ledsaget af et radikalt skift i kontrol af ånding hvor vandåndende hvirveldyr bruger sansning af vandets ilttension, mens terrestriske arter sanser blodets CO2/pH – et skift, som regnes for meget fordelagtig. Der er beskrevet 400+ arter af luftåndende fisk og denne evne menes at have opstået uafhængigt flere end 60 gange. De fleste af disse arter benytter kun luftånding når vandet er blevet tilstrækkelig iltfattig, og det er hyppigheden af hypoksi i tropiske vande som menes at drive evolution af luftånding. Alle disse periodiske luftåndende fisk menes at benytte dette akvatiske mønster for åndedrætskontrol. Den gængse forklaring er, at blodets nærhed til vandet under gællernes passage resulterer i udvaskningen af blodets CO2. Blodgas målinger som ligger til grund for denne forståelse er, ejendommeligt nok, ikke foretaget i den dybe hypoksi som driver dem til luftånding. For nylig er det opdaget at gællerne på flere af disse periodiske luftåndere er ekstremt foranderlige i tid som følge af cellevækst mellem de gasudvekslende lag. Formålet med dette projekt er at analysere hvordan vandets iltindhold påvirker gællens struktur og blodgas-værdierne. Det forventes, at disse nye data vil give en radikalt forbedret forståelse af evolutionen af hvirveldyrs åndedrætskontrol.

Proteiner folder i veldefinerede 3-dimensionelle strukturer, og bestemmelsen af disse er den hellige gral indenfor strukturbiologien. I mere end et halvt århundrede har forskere over hele verden samlet strukturdata, hovedsageligt gennem Røntgen-diffraktion, på proteinkrystaller. Samtidigt ved vi, at alle molekyler er i konstant bevægelse ved stuetemperatur, og der findes mange eksempler på nødvendigheden af proteinfleksibilitet i forhold funktion. Det er derfor beklageligt, at vi stadig mangler et godt overblik over de forskellige bevægelser, der er i proteiner, og der findes klare eksempler på, at dette begrænser vores muligheder for, på en rationel måde, at kunne modificere proteiner, eller fx. udvikle nye lægemidler. I dette projekt vil forskerne derfor undersøge proteinets dynamik i detalje, og hvorvidt og hvordan det forandrer sig med temperatur. Med den nye viden, som opnås i dette projekt, vil vi kunne kortlægge entropiens rolle, hvilket er en forudsætning for kvantitativt at kunne koble proteinstruktur til funktion.

Den globale opvarmning er kraftigere ved polerne end noget andet sted på Jorden. I det meste af Arktis medfører det øget plantevækst, øget kulstoffrigivelse fra jorden og dermed forskydninger i kulstofbalancen. I de nordlige dele af Arktis, Højarktis, reagerer økosystemerne minimalt på opvarmning. Her er der så få planter, at øget plantevækst forudsætter etablering af nye individer, og dette er begrænset af en meget næringsfattig jordbund. Desuden har hovedparten af Højarktis ørkenlignende forhold, og det er derfor ikke opvarmning, men øget nedbør som konsekvens af klimaforandringer, som må forventes at medføre de største ændringer for planter. Vi mangler dog bedre forståelse af hvad øget nedbør vil føre med sig. De første organismer der kan etablere sig under gunstigere forhold for plantevækst er primitive organismer som mosser og laver. De har jordbundsforbedrende egenskaber der kan muliggøre efterfølgende planteetablering. Vi vil undersøge om mosser og laver vil gå frem under øget nedbør og hvilke konsekvenser dette har for etablering af højere planter. I to unikke feltstudier vil vi undersøge effekten af hhv. øget snedække på tværs af Højarktis og 24 års experimentelt fordoblet sommernedbør i NØ Grønland. I et kontrolleret forsøg i vækstkamre, vil vi undersøge igennem hvilke mekanismer mosser og laver påvirker planteetablering. Hvordan højarktiske økosystemer reagerer på øget nedbør, vil have betydning for Jordens kulstofbalance og den regionale biodiversitet.

Proteiner er fundamentale byggesten i levende celler, væv og organismer. Produktionen af proteiner i celler reguleres af protein-DNA vekselvirkninger som involverer transkriptionsfaktorer og epigenetiske enzymer, som genkender DNA sekvenser og chromatin-bindende proteiner, herunder histoner. Massespektrometri anvendes til proteomanalyse, d.v.s. studier af proteiners egenskaber, aktivitet og vekselvirkninger i komplekse biologiske systemer. Vi vil undersøge hvordan cellens DNA-protein vekselvirkninger reguleres ved post-translationelle modifikationer (PTMer). Vi vil udvikle en ny højfølsom bioanalytisk metode som er baseret på kombinationen af ion mobilitet spektrometri (IMS) og massespektrometri. I samarbejde med en amerikansk kollega vil vi installere og teste planar FAIMS teknologi på et avanceret massespektrometer på SDU. Dette giver mulighed for hidtil uset nøjagtighed, selektivitet og specificitet i målinger af histon-proteiner og chromatin-proteiner og deres regulatoriske PTMer. Dette 3-årige projektet udføres af en postdoc som opnår ekspertise i højt avancerede bioanalytiske og bioinformatiske teknologier. Projektet udføres i tæt samarbejde med A. Shvartsburg på Wichita State University, USA, som er internationalt førende i FAIMS teknologien, og som vi har samarbejdet med i de seneste fire år.